Multitalent in der Kommunikation
Die Welt der industriellen Kommunikation wird immer komplexer. Die erste Generation der Feldbustechnik wurde in den 1980er-Jahren entwickelt. Mit den Ethernet-basierten Protokollen folgte rund 20 Jahre später die zweite Generation der Kommunikationstechnik. Die aktuelle Entwicklung geht dahin, dass Automatisierungsgeräte zusätzlich zur Prozessdatenübertragung auch Safety- und IT-Funktionen unterstützen müssen. Damit werden die Anforderungen an die Kommunikationsschnittstelle eines Gerätes immer vielfältiger und sie wandelt sich mehr und mehr zum Multitalent.
Bild: HMS Industrial NetworksUm alle Anforderungen zu erfüllen ist es heute gängige Praxis, ein Automatisierungsgerät mit zwei Netzwerkschnittstellen auszustatten: Eine für die Prozessdatenübertragung über Industrial Ethernet und eine für die IT-Funktionen. Dadurch ist ein Gerät mit Industrial-Ethernet-Schnittstelle oftmals mit zwei IP-Adressen im Netzwerk vertreten. Bei diesem Ansatz entstehen höhere Entwicklungs- und Hardwarekosten sowie zusätzliche Aufwendungen für die Verwaltung und Netzwerkplanung. Ein weiterer Nachteil ist, dass so die Anforderungen der Automobilindustrie nicht erfüllt werden. Denn deren Automatisierungsinitiative AIDA fordert, dass alle Kommunikationsfunktionen eines Automatisierungsgerätes über nur eine Ethernet-Schnittstelle und eine einzige IP-Adresse abgewickelt werden.
Bild: HMS Industrial NetworksEine IP-Adresse für alles
Um die Anforderungen der AIDA zu erfüllen, müssen Gerätehersteller entweder eine sehr aufwändige und technologisch anspruchsvolle Eigenentwicklung durchführen oder auf die Erfahrung spezialisierter Technologiepartner zurückgreifen. Genau hier kommt HMS Industrial Networks ins Spiel, denn das Unternehmen bietet Geräteherstellern eine praxiserprobte und zertifizierte Lösung für die Realisierung einer entsprechend leistungsfähigen Kommunikationsschnittstelle an, bei der Prozessdaten in Echtzeit über Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat und IT-Funktionen basierend auf TCP/IP über einen einzigen Netzwerkanschluss und eine IP-Adresse übertragen werden.
Eine Schnittstelle für alles
Die Anforderungen der Hersteller an die IT-Funktionalität sind unterschiedlich. Für viele Hersteller sind Basisfunktionen ausreichend. Aber gerade für Hersteller, die in ihrer Applikation bereits umfangreiche IT-Funktionen implementiert haben, sind Individualität und Flexibilität an dieser Stelle sehr wichtig. Daher bietet HMS in der Anybus CompactCom 40er-Serie verschiedene Ausführungen von Kommunikationsschnittstellen an, die sich hinsichtlich der IT-Funktionen in Umfang und Flexibilität unterscheiden. Diese Schnittstellen sind leistungsfähige Embedded Interfaces für schnelle Ethernet-basierte Echtzeitprotokolle, die zusätzlich über denselben Netzwerkanschuss auch industrielle IT-Funktionen ermöglichen. Mit Anybus CompactCom wird das Automatisierungsgerät - wie von der AIDA gefordert - im Netzwerk mit nur einer IP-Adresse repräsentiert.
Bild: HMS Industrial NetworksMultitalent mit IT-Basisfunktionen
Die Kommunikationsschnittstelle mit IT-Basisfunktionen ist für Hersteller interessant, die den Mikroprozessor ihrer Hauptapplikation nicht mit IT-Funktionen belasten möchten, zum Beispiel weil der Prozessor bereits ausgelastet ist. Anybus CompactCom bietet hier den Vorteil, dass der Prozessor der Kommunikationsschnittstelle zusätzlich zu den Echtzeitdaten des Industrial-Ethernet-Protokolls auch die IT-Daten abwickelt und das Automatisierungsgerät davon komplett entlastet. Auch Hersteller, die keine oder nur wenig Erfahrung mit IT-Funktionen haben, profitieren hiervon. Sie können bei Verwendung von Anybus CompactCom ohne zusätzlichen Aufwand die IT-Basisfunktionen des Kommunikationsmoduls wie FTP- und Webserver, TCP/IP Socket Interface und E-Mail-Client nutzen. Eine weitere Anwendergruppe sind Hersteller, für die IT-Funktionen eher zweitrangig sind. In all diesen Fällen ist aus Sicht von HMS eine Kommunikationsschnittstelle mit IT-Basisfunktionen die richtige Wahl.
Multitalent mit maximaler Flexibilität
Für Gerätehersteller, die sehr hohe Anforderungen an die IT-Funktionen haben, bietet HMS das Anybus CompactCom auch mit einer RMII-Schnittstelle (Reduced Media Independent Interface). Darüber wird der Ethernet-Controller in der Hardware des Automatisierungsgerätes direkt angesprochen und ermöglicht so den direkten Zugriff auf die im Gerät implementierten IT-Funktionen. Das RMII fungiert als Datenweiche, die Industrial-Ethernet-Daten von den IT-Daten trennt. Damit entsprechend schnelle und performante Reaktionszeiten möglich sind, ist die Datenweiche in der Hardware der Kommunikationsschnittstelle integriert. Wie beim Anybus CompactCom mit IT-Basisfunktionen wickelt auch das Anybus CompactCom mit RMII die Übertragung der Echtzeit-Prozessdaten des Industrial-Ethernet-Protokolls völlig eigenständig ab. Die IT-Daten werden jedoch über einen transparenten Ethernet-Kanal an die Hauptapplikation des Automatisierungsgerätes weitergereicht. Das bietet dem Gerätehersteller größtmögliche Flexibilität und Individualität bei den IT-Funktionen. Das Anybus CompactCom mit transparentem Ethernet-Kanal ist für Hersteller gedacht, die bereits viel Erfahrung im IT-Umfeld besitzen und in ihrem Automatisierungsgerät ein eigenes Betriebssystem wie zum Beispiel Linux nutzen. Meist sind TCP/IP-basierte IT-Protokolle Bestandteil des Betriebssystems, sodass die Gerätehersteller die gewünschten IT-Funktionen direkt in ihrer Applikation realisieren können. Eine weitere Anwendergruppe sind Hersteller, die bereits umfangreiche IT-Funktionen für ihr Gerät entwickelt haben und nun vor der Herausforderung stehen, das Automatisierungsgerät an neue Industrial-Ethernet-Netzwerke anzubinden. Durch die RMII-Schnittstelle im Anybus CompactCom können diese Hersteller ihre IT-Funktionen weiterhin nutzen und trotzdem von der Multi-Netzwerkfähigkeit des Anybus-Konzepts profitieren.
Bild: HMS Industrial NetworksSynchrone Prozessdatenübertragung in Echtzeit
Die Kernkompetenz von HMS sind Multi-Netzwerkschnittstellen für industrielles Echtzeit-Ethernet wie Profinet IRT, Ethernet/IP oder Ethercat. Egal, für welche IT-Variante des Kommunikationsmoduls sich ein Gerätehersteller entscheidet: Er profitiert davon, dass die Kommunikationslösungen von HMS vor-zertifiziert sind und den jeweils aktuellen Protokollspezifikationen entsprechen. Aufgrund der standardisierten Hardware- und Software-Schnittstelle können Gerätehersteller mit Anybus CompactCom Netzwerkanbindungen für mehrere industrielle Netzwerke in einem einzigen Entwicklungsprojekt realisieren. Sollte der Gerätehersteller zunächst nur die Anbindung an ein Netzwerk benötigen, kann er später die Anbindung für weitere Protokolle mit überschaubarem Aufwand ergänzen. Alle Kommunikationsfunktionen sind auf einem kompakten Modul realisiert. Der Gerätehersteller muss sich nicht um die Details der Protokolle kümmern, sondern greift über eine standardisierte Applikationsschnittstelle auf die Daten zu. Die Anybus CompactCom 40er-Serie unterstützt alle gängigen Industrial-Ethernet-Protokolle und eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen schnelle Echtzeitkommunikation im Vordergrund steht.
Faustregel: Welche Lösung für welche Anwendung?
Sollen TCP/IP-basierte IT-Funktionen vorwiegend für Wartungs- und Diagnosezwecke den Funktionsumfang des Automatisierungsgerätes abrunden, empfiehlt sich Anybus CompactCom mit IT-Basisfunktionen. Das Kommunikationsmodul mit RMII-Schnittstelle und transparentem Ethernet-Kanal ist für Gerätehersteller gedacht, die hohe Anforderungen an den TCP/IP-Datendurchsatz haben, aber dennoch nicht auf die Vorteile einer leistungsfähigen, zertifizierten Multi-Netzwerkschnittstelle für die Prozessdatenübertragung in Echtzeit verzichten möchten.
Hightech in drei Varianten
Die Kommunikationsschnittstellen der Produktfamilie Anybus CompactCom gibt es nicht nur mit IT-Basisfunktionen oder RMII für den transparenten Ethernet-Kanal, sondern auch in den drei Formfaktoren Modul, Brick und Chip. Gerätehersteller kommen am schnellsten mit dem einbaufertigen, in sich gekapselten Kommunikationsmodul zum Ziel. Dabei ist die komplette Hard- und Software der Kommunikationsschnittstelle einschließlich Netzwerkstecker in ein Kunststoffgehäuse integriert. Das Modul ist als Einschubmodul konzipiert, das in den entsprechenden Steckplatz im Automatisierungsgerät eingesteckt wird. Die Bricks lassen dem Entwickler mehr Freiheitsgrade bei der Auswahl der Steckverbinder und der Positionierung der Kommunikationsschnittstelle. Hersteller, die ihre Geräte in sehr hohen Stückzahlen fertigen und daher oft auf Modularität verzichten, können das Anybus CompactCom als Chip nebst Softwarestacks lizenzieren und so die Anybus-Kerntechnologie nahtlos in ihre Geräteelektronik integrieren. HMS realisiert auch individuelle Ausführungen nach Kundenanforderung und unterstützt die Hersteller auf Anfrage bei der Implementierung. Die embedded Kommunikationsschnittstellen der Serie Anybus CompactCom 40 gibt es für Profinet IRT, Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink, Modbus-TCP, Bacnet/IP und CC-Link IE Field sowie für die Feldbusse Profibus, DeviceNet und CC-Link. Mit dem Einsatz von Anybus setzen Gerätehersteller auf eine flexible und zukunftsfähige Lösung. HMS entwickelt die Produktfamilie kontinuierlich weiter und wird neue Standards wie OPC UA, MQTT oder TSN im Zuge der technischen Weiterentwicklung Schritt für Schritt ergänzen.
Die Welt der industriellen Kommunikation wird immer komplexer. Die erste Generation der Feldbustechnik wurde in den 1980er-Jahren entwickelt. Mit den Ethernet-basierten Protokollen folgte rund 20 Jahre später die zweite Generation der Kommunikationstechnik. Die aktuelle Entwicklung geht dahin, dass Automatisierungsgeräte zusätzlich zur Prozessdatenübertragung auch Safety- und IT-Funktionen unterstützen müssen. Damit werden die Anforderungen an die Kommunikationsschnittstelle eines Gerätes immer vielfältiger und sie wandelt sich mehr und mehr zum Multitalent.
Bild: HMS Industrial NetworksUm alle Anforderungen zu erfüllen ist es heute gängige Praxis, ein Automatisierungsgerät mit zwei Netzwerkschnittstellen auszustatten: Eine für die Prozessdatenübertragung über Industrial Ethernet und eine für die IT-Funktionen. Dadurch ist ein Gerät mit Industrial-Ethernet-Schnittstelle oftmals mit zwei IP-Adressen im Netzwerk vertreten. Bei diesem Ansatz entstehen höhere Entwicklungs- und Hardwarekosten sowie zusätzliche Aufwendungen für die Verwaltung und Netzwerkplanung. Ein weiterer Nachteil ist, dass so die Anforderungen der Automobilindustrie nicht erfüllt werden. Denn deren Automatisierungsinitiative AIDA fordert, dass alle Kommunikationsfunktionen eines Automatisierungsgerätes über nur eine Ethernet-Schnittstelle und eine einzige IP-Adresse abgewickelt werden.
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HMS Industrial Networks GmbH
Dieser Artikel erschien in Industrial Communication Journal 3 2017 - 06.10.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
