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Systeme & Komponenten: Mensch-Maschine-Schnittstellen - Bussysteme der nächsten Generation für die mobile Automatisierung

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Systeme & Komponenten: Mensch-Maschine-Schnittstellen - Bussysteme der nächsten Generation für die mobile Automatisierung

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Nutzfahrzeuge für den Off-Highway-Markt werden zunehmend mit intelligenten Funktionen ausgestattet. Was das im Detail bedeutet, sehen Sie vom 10. bis 16. November 2019 auf der Systems & Components, die zeitgleich mit der Agritechnica auf dem Gelände der Hannover Messe stattfindet. Über 700 Aussteller zeigen Schlüsseltechnologien, die den Weg für die Mensch-Maschine-Kommunikation ebnen und die in modernen Bau- und Landmaschinen erzeugten Daten in Echtzeit verwalten. Auf der B2B-Fachmesse für Entscheider, Entwickler und Ingenieure werden nicht nur benutzerfreundliche Hightech-Lösungen nach ISOBUS, sondern auch zukunftsweisende Bussysteme wie POWERLINK diskutiert, die die Automatisierung mobiler Maschinen durch reduzierten Verkabelungsaufwand vereinfachen.

Frankfurt, 24. Oktober 2019 - Die ISOBUS-Norm definiert die Art und Weise, wie landwirtschaftliche Traktoren und ihre Anbaugeräte miteinander kommunizieren. Die Technologie, die 2001 erstmals auf der Agritechnica vorgestellt wurde, ist nach der internationalen Norm ISO 11783 definiert. Darin sind die einheitlichen Stecker, Verkabelungen und Steuerungen sowie Datenformate und Schnittstellen festgelegt, mit denen ISOBUS eine effektive elektronische Kommunikation nicht nur zwischen Traktoren und Landmaschinen, sondern auch zwischen Maschinen und landwirtschaftlichen Softwarepaketen entweder über USB, Bluetooth, WiFi oder mobile Netzwerke oder The Cloud ermöglicht.

Datenaustausch leicht gemacht

Für die Mensch-Maschine-Schnittstelle haben Kompatibilität und Konformität oberste Priorität. Konformitätsprüfungen und Zertifizierungen durch die Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF) liefern genaue Informationen darüber, welche ISOBUS-Komponenten wie miteinander funktionieren. Das bedeutet, dass nach dem Verbindungsaufbau ein Datenaustausch für Geräte desselben und verschiedener Hersteller möglich sein muss.

Die bei Systems & Components vorgestellten ISOBUS-Jobcontroller (Electronic Control Unit, ECU) der jüngsten Generation basieren auf Hard- und Softwareplattformen, die konsequent in Bezug auf Skalierbarkeit und Mehrfachkonnektivität optimiert sind. Sie kommunizieren über ISOBUS und interagieren mit dem Bediener über universelle Terminals, die zur ergonomischen Steuerzentrale des Traktors werden. Mit ihren offenen Schnittstellen befinden sich die Terminals im Zentrum eines Netzwerks, das den Datenaustausch mit anderen IT-Landwirtschaftstechnologien ermöglicht. Die OEM-Partner verfügen über ISOBUS-fähige Terminals und Steckdosen, mit denen die Traktoren unabhängig von ihrer Marke oder ihrem Baujahr nachgerüstet werden können oder mit denen sie von Anfang an ausgestattet werden können. Kompakte CAN-Gateways bieten weitere Möglichkeiten, Landmaschinen in die ISOBUS-Architektur zu integrieren.

Zusammenspiel zwischen Traktor und Maschine

Der Nutzen für den Landwirt liegt auf der Hand - die Bedienung komplexer Anbaugeräte wird über die angepassten Schnittstellen vereinfacht und bleibt immer intuitiv - egal ob es sich um Mäher, Ladewagen, Pressen oder Anhängespritzen handelt. Darüber hinaus können weitere, als Hilfsmittel bekannte Bedienelemente wie Joysticks oder Kippschalter gemeinsam genutzt werden. Die eigentliche Verkabelung kann über die im Traktor angebrachte Kabelsteckdose in wenigen Sekunden ohne Werkzeug durchgeführt werden.

Neue Funktionen wie TIM, Traktor Implement Management, sollen den Bedienkomfort in der Kabine erhöhen und die Produktivität in Zukunft noch weiter steigern. Obwohl sich diese ISOBUS-Funktionalität bei AEF noch in der Endphase der Entwicklung befindet, dürfte es sowohl bei Systems & Components als auch in den Messehallen der Agritechnica eine Reihe von Lösungen geben, die "TIM-ready" sind. TIM bietet die Möglichkeit der bidirektionalen Kommunikation - das bedeutet einfach, dass das Anbaugerät den Traktor über den ISOBUS steuert. Auf diese Weise können angehängte Maschinen Traktorfunktionen wie Gelenkwelle, Hubwerk, Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel oder Hydraulikventile steuern, und das Paar (Traktor und Maschine) passt sich automatisch der aktuellen Situation an, arbeitet immer im optimalen Arbeitspunkt und entlastet den Fahrer.

Hochgeschwindigkeits- und Echtzeit-Netzwerke

Zustandsüberwachung, M2M-Kommunikation, Kamerasysteme - immer mehr Sensoren und Aktoren und die dazugehörige Steuerelektronik werden direkt im Motorraum, in der Kabine oder auf der Außenseite angeschlossen. Die wachsende Zahl elektronisch gesteuerter Geräte, die wiederum ständig wachsende Datenmengen austauschen, führt den ISOBUS immer weiter an seine Leistungsgrenze. Die Experten sind sich einig - mittelfristig werden fahrbare Hightech-Maschinen für die Precision Farming ohne ein Ethernet-basiertes Backbone für die Kommunikation nicht auskommen. Die AEF arbeitet daher intensiv an der Topologie für einen neuen Hochgeschwindigkeits-ISOBUS auf Basis des Ethernet-Protokolls, der den Performance-Engpass beseitigen soll. Die Universalsockel der nächsten ISOBUS-Generation werden Datenraten von 100 bis 1.000 Megabit pro Sekunde erreichen. Letzteres entspricht dem 4.000fachen der Leistungsfähigkeit des aktuellen Systems. Parallel dazu fördert die AEF die Entwicklung eines POWERBUS. Die standardisierte Hochspannungssteckdose am Traktor versorgt künftig beliebig viele Antriebe in den Anbaugeräten und bringt so neue Impulse in die Elektrifizierung von Landmaschinen.

Baumaschinen stehen vor der gleichen Herausforderung. Da auch hier die aktuelle maximale Bandbreite des verwendeten CAN-Busses für anspruchsvolle Aufgaben nicht mehr ausreicht, sind nun bis zu zehn parallel geschaltete Netzwerke in einem Fahrzeug im Einsatz. Darüber hinaus sind Leistung und Bandbreite für sicherheitskritische Anwendungen nicht ausreichend. Auf der Systems & Components präsentieren die Aussteller praxiserprobte Lösungen, die die Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit mobiler Maschinen erhöhen und auf den offenen Standards POWERLINK und openSafety basieren. Mit POWERLINK können alle Daten in einer mobilen Maschine oder einem Netzwerk über ein einziges Kabel übertragen werden. Zentrale und dezentrale Steuerungskonzepte sind gleichermaßen möglich. Es ist auch möglich, eine drahtlose Netzwerkschnittstellenverbindung zur Kommunikation mit festen Installationen auf der Baustelle oder in der Werkstatt herzustellen. Das Sicherheitsprotokoll openSafety ist busintegriert, aber unabhängig vom Kommunikationsprotokoll und erleichtert zusätzlich die Umsetzung von Sicherheitsmaßnahmen.

Schritt für Schritt in Richtung Big Data

Künftige Kommunikations- und Schnittstellenstandards für Off-Highway-Anwendungen müssen den Datenaustausch zwischen allen Maschinen, mit Geschäftspartnern und Cloud-Services im Sinne von Big Data ermöglichen. Die Suche nach einem geeigneten Echtzeit-BUS-System für die mobile Automatisierung beschäftigt Besucher und Aussteller der Systems & Components vom 10. bis 16. November in Hannover. Auf dieser B2B-Plattform wird die Branche die Möglichkeiten leistungsstarker Backbone-Bussysteme diskutieren, die Ethernet, CANopen und Echtzeitfähigkeit integrieren. Für Dienstag, den 12. November, ist ein Expertenforum zum Thema "Future Machine Architecture" in der Future Lounge in Halle 17 geplant. Weitere Unterstützung könnte auch durch die Anpassung bekannter Systeme aus anderen Bereichen der Fahrzeugtechnik geleistet werden, z.B. dem aus der Automobilindustrie bekannten AUTOSAR-Standard, dessen neuestes Release auch für Off-Highway-Fahrzeuge konzipiert wurde.