IP67-I/O-Modul mit Profinet-S2-Systemredundanz
Hochverfügbarer Anlagenbetrieb
Profinet wird zunehmend für die Prozessautomation attraktiv, auch weil sich mit dem neuen Profil für Systemredundanz ein Konzept zum hochverfügbaren Anlagenbetrieb in Ex- und Nicht-Ex-Bereichen etabliert. Mit dem Modell TBEN-L5-8IOL stellt Turck ein IO-Link-Master-Modul in IP67 vor, das S2Systemredundanz unterstützt. Der Master baut eine logische Kommunikationsbeziehung zu mehr als einer Steuerung auf und kombiniert hohe Verfügbarkeit mit vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten durch IO-Link im Feld.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGProfinet ist als Kommunikationsstandard in der Fabrikautomation weit verbreitet. Viele Automobilhersteller und Zulieferer sind auf dem Gebiet bereits erfahrene Nutzer und zeigen die Praxistauglichkeit des auf Industrial Ethernet basierenden Datenaustauschs seit Jahren. Die Zahl der Anwender steigt weiter, da vor allem Maschinenbauer die Übertragungskapazitäten unter Wahrung der Echtzeit schätzen. Unternehmen erhalten mit dem Standard die Vorzüge des Profibus-Protokolls, sind in der Gestaltung ihrer Netzstrukturen aber weitaus flexibler als zuvor. Entsprechend rechnet die Nutzerorganisation PNO in den kommenden Monaten mit mehr als 22 Millionen installierten Knoten.
Einzug in die Prozessautomation
Diese Entwicklung dürfte sich noch einmal verstärken, denn Profinet hält nun auch in der Prozessautomation Einzug. Dort herrschen jedoch spezielle Anforderungen, denen Steuerungen und Feldgeräte gerecht werden müssen. Einen Beitrag zur Profinet-Integration in diese Welt der hochverfügbaren Systeme will Turck mit der umfassenden Funktionserweiterung von Feldbusprodukten um die Unterstützung der S2-Systemredundanz leisten. Anlagen in der Chemie- und Pharmaindustrie werden mit großem Aufwand vor Ausfällen geschützt. Im Vergleich zur Fabrikautomation, wo der Fokus auf hohen Stückzahlen und kurzen Zykluszeiten liegt, könnte die Unterbrechung eines kontinuierlichen Produktionsprozesses zu noch höheren wirtschaftlichen Verlusten führen. Zudem sind beim Umgang mit flüssigen oder gasförmigen Gefahrstoffen strenge Sicherheitsvorkehrungen einzuhalten - vor allem in Bereichen, die unter Explosionsschutz stehen. Präventiv investieren Unternehmen daher einerseits in die Absicherung von potenziellen Zündquellen und andererseits in eine hochverfügbare Systemarchitektur. Um den sicheren Anlagenbetrieb zu gewährleisten, werden Steuerungen und I/O-Baugruppen im Feld üblicherweise redundant ausgelegt. Fallen ein Gerät oder eine Verbindung aus, greift die ansonsten inaktive Back-up-Lösung. Gemäß den jeweiligen Anforderungen realisieren Planer ein solch redundantes Gefüge komplex oder limitiert - sowohl auf der physischen Geräteebene als auch in der zugrunde liegenden Programmierungslogik.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGS2-Systemredundanz bevorzugt
Im Profinet-Kontext wurde dafür mit der Systemredundanz ein neuer Standard geschaffen. Dessen Terminologie orientiert sich Sinne an einer Abstufung, je nachdem, wie ausfallsicher ein Automatisierungssystem sein soll. Kommunizieren eine Steuerung und ein Feldgerät lediglich per Singularverbindung, liegt zunächst einmal gar keine Redundanz vor (S1). Wenn ein Profinet-Gerät jedoch über diese einzelne Verbindung Kommunikationsbeziehungen zum Primary-Controller sowie zu dessen Back-up unterstützt, wird dies als S2 klassifiziert. Beim Ausfall der Hauptsteuerung erfolgt eine stoßfreie Umschaltung auf den physischen Zwilling. Dazu muss das I/O-System bzw. I/O-Modul im Feld diese logische Doppelverbindung zu zwei durchaus räumlich getrennten Steuerungen aufrechterhalten. Solche S2-Lösungen erfüllen die Anforderungen vieler Applikationen und sind in der Praxis bevorzugt. Darüber sollte die Alternativbezeichnung "einfache Systemredundanz" nicht hinwegtäuschen. Größtmögliche Verfügbarkeit ist lediglich über R1- oder R2-Systemredudanz zu erreichen. Hier ist zusätzlich die Kommunikationsschnittstelle eines Feldgeräts redundant ausgeführt, was etwa im Zusammenhang mit Remote I/O geläufig ist. R2 bewegt sich mit einer Vierwegeverbindung wiederum auf der höchsten Komplexitätsstufe. Dabei können die beiden Kommunikationsschnittstellen eines Geräts jeweils zwei Kommunikationsbeziehungen aufbauen - also zur Hauptsteuerung und zu ihrer redundanten Kopie. Diese kreuzweise Absicherung vor Ausfällen findet sich äußerst selten.
Hochverfügbarkeit im Feld
Siemens hat die Profinet-Implementierung des Redundanzprofils angestoßen und seine Steuerungssysteme auf redundante Infrastrukturen ausgelegt. Bislang fehlte unter Profinet-Geräten allerdings eine flächendeckende Unterstützung der S2-Systemredundanz. Turck reagiert auf diesen Bedarf nun mit einer weitreichenden Funktionserweiterung. Mit dem TBEN-L5-8IOL erhalten Kunden jetzt erstmals ein IO-Link-Master-Modul, das S2-Systemredundanz unterstützt und aufgrund vollvergossener Elektronik die hohen Schutzarten IP67 und IP69K erfüllt. Diese Kombination aus Industrial Ethernet und IO-Link soll für Digitalisierung bis zum letzten Meter stehen. Zudem sind Turcks IO-Module mit einer zusätzlichen TCP/IP-Schnittstelle für den lesenden Zugriff auf Gerätedaten ausgestattet, was Condition Monitoring, Asset Management und Predictive Maintenance erlaubt. Darüber hinaus bietet der Hersteller mit SIDI (Simple IO-Link Device Integration) eine nutzerfreundliche Einbindung von IO-Link in Profinet-Projekte. IO-Link Master mit SIDI geben IO-Link Devices die Identität eines echten Profinet-Moduls mit eigenem GSDML-Eintrag. Die Funktion vereinfacht das Engineering von IO-Link Devices in Projekten mit Profinet-Steuerungen, denn sie erlaubt den Zugriff auf alle Parameter und Geräteeigenschaften aus dem Engineering-System, Zusatzsoftware wird mehr nicht benötigt.
Neue Module im Einsatz
In den USA werden die ersten TBEN-L5-8IOL-Module bald schon eingesetzt, in der Anlage eines Biopharma-Herstellers, der seine Produktion künftig über Profinet-Systemredundanz und IO-Link verwaltet. Im Umgang mit den meist sensiblen, kostenintensiven Produkten der Branche ist Hochverfügbarkeit essentiell. Ebenso relevant ist die hinzugewonnene Profilunterstützung der Geräte in IP67-Ausführung für einen Integrator von Molchtechnik. Dessen Kunden sind Chemie-, Pharma- und Mineralölunternehmen. Die Planung von Anlagen in diesen Branchen wird durch die hohe Schutzklasse der TBEN-Feldgeräte vereinfacht. Netzarchitekturen können dezentral und modular gestaltet werden, sodass sich der Platzbedarf im Schaltschank reduziert.
Familienübergreifender Rollout
Der IO-Link Master steht am Anfang eines groß angelegten Produktupgrades auf S2-Systemredundanz. Im Laufe des Jahres will Turck weitere Multiprotokollgeräte mit der Funktionserweiterung ausstatten, es folgen Block-Module der TBEN-Familie sowie wie die IO-Systeme für den Schaltschrank der Familien FEN20, BL20 und excom. Dem Umstieg auf Profinet mit unterschiedlichen Signaltypen sowohl für den Ex- als auch dem nicht-Ex-Bereich steht demnach nichts mehr im Wege.
Profinet wird zunehmend für die Prozessautomation attraktiv, auch weil sich mit dem neuen Profil für Systemredundanz ein Konzept zum hochverfügbaren Anlagenbetrieb in Ex- und Nicht-Ex-Bereichen etabliert. Mit dem Modell TBEN-L5-8IOL stellt Turck ein IO-Link-Master-Modul in IP67 vor, das S2Systemredundanz unterstützt. Der Master baut eine logische Kommunikationsbeziehung zu mehr als einer Steuerung auf und kombiniert hohe Verfügbarkeit mit vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten durch IO-Link im Feld.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGProfinet ist als Kommunikationsstandard in der Fabrikautomation weit verbreitet. Viele Automobilhersteller und Zulieferer sind auf dem Gebiet bereits erfahrene Nutzer und zeigen die Praxistauglichkeit des auf Industrial Ethernet basierenden Datenaustauschs seit Jahren. Die Zahl der Anwender steigt weiter, da vor allem Maschinenbauer die Übertragungskapazitäten unter Wahrung der Echtzeit schätzen. Unternehmen erhalten mit dem Standard die Vorzüge des Profibus-Protokolls, sind in der Gestaltung ihrer Netzstrukturen aber weitaus flexibler als zuvor. Entsprechend rechnet die Nutzerorganisation PNO in den kommenden Monaten mit mehr als 22 Millionen installierten Knoten.
Einzug in die Prozessautomation
Diese Entwicklung dürfte sich noch einmal verstärken, denn Profinet hält nun auch in der Prozessautomation Einzug. Dort herrschen jedoch spezielle Anforderungen, denen Steuerungen und Feldgeräte gerecht werden müssen. Einen Beitrag zur Profinet-Integration in diese Welt der hochverfügbaren Systeme will Turck mit der umfassenden Funktionserweiterung von Feldbusprodukten um die Unterstützung der S2-Systemredundanz leisten. Anlagen in der Chemie- und Pharmaindustrie werden mit großem Aufwand vor Ausfällen geschützt. Im Vergleich zur Fabrikautomation, wo der Fokus auf hohen Stückzahlen und kurzen Zykluszeiten liegt, könnte die Unterbrechung eines kontinuierlichen Produktionsprozesses zu noch höheren wirtschaftlichen Verlusten führen. Zudem sind beim Umgang mit flüssigen oder gasförmigen Gefahrstoffen strenge Sicherheitsvorkehrungen einzuhalten - vor allem in Bereichen, die unter Explosionsschutz stehen. Präventiv investieren Unternehmen daher einerseits in die Absicherung von potenziellen Zündquellen und andererseits in eine hochverfügbare Systemarchitektur. Um den sicheren Anlagenbetrieb zu gewährleisten, werden Steuerungen und I/O-Baugruppen im Feld üblicherweise redundant ausgelegt. Fallen ein Gerät oder eine Verbindung aus, greift die ansonsten inaktive Back-up-Lösung. Gemäß den jeweiligen Anforderungen realisieren Planer ein solch redundantes Gefüge komplex oder limitiert - sowohl auf der physischen Geräteebene als auch in der zugrunde liegenden Programmierungslogik.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGS2-Systemredundanz bevorzugt
Im Profinet-Kontext wurde dafür mit der Systemredundanz ein neuer Standard geschaffen. Dessen Terminologie orientiert sich Sinne an einer Abstufung, je nachdem, wie ausfallsicher ein Automatisierungssystem sein soll. Kommunizieren eine Steuerung und ein Feldgerät lediglich per Singularverbindung, liegt zunächst einmal gar keine Redundanz vor (S1). Wenn ein Profinet-Gerät jedoch über diese einzelne Verbindung Kommunikationsbeziehungen zum Primary-Controller sowie zu dessen Back-up unterstützt, wird dies als S2 klassifiziert. Beim Ausfall der Hauptsteuerung erfolgt eine stoßfreie Umschaltung auf den physischen Zwilling. Dazu muss das I/O-System bzw. I/O-Modul im Feld diese logische Doppelverbindung zu zwei durchaus räumlich getrennten Steuerungen aufrechterhalten. Solche S2-Lösungen erfüllen die Anforderungen vieler Applikationen und sind in der Praxis bevorzugt. Darüber sollte die Alternativbezeichnung "einfache Systemredundanz" nicht hinwegtäuschen. Größtmögliche Verfügbarkeit ist lediglich über R1- oder R2-Systemredudanz zu erreichen. Hier ist zusätzlich die Kommunikationsschnittstelle eines Feldgeräts redundant ausgeführt, was etwa im Zusammenhang mit Remote I/O geläufig ist. R2 bewegt sich mit einer Vierwegeverbindung wiederum auf der höchsten Komplexitätsstufe. Dabei können die beiden Kommunikationsschnittstellen eines Geräts jeweils zwei Kommunikationsbeziehungen aufbauen - also zur Hauptsteuerung und zu ihrer redundanten Kopie. Diese kreuzweise Absicherung vor Ausfällen findet sich äußerst selten.
Hochverfügbarkeit im Feld
Siemens hat die Profinet-Implementierung des Redundanzprofils angestoßen und seine Steuerungssysteme auf redundante Infrastrukturen ausgelegt. Bislang fehlte unter Profinet-Geräten allerdings eine flächendeckende Unterstützung der S2-Systemredundanz. Turck reagiert auf diesen Bedarf nun mit einer weitreichenden Funktionserweiterung. Mit dem TBEN-L5-8IOL erhalten Kunden jetzt erstmals ein IO-Link-Master-Modul, das S2-Systemredundanz unterstützt und aufgrund vollvergossener Elektronik die hohen Schutzarten IP67 und IP69K erfüllt. Diese Kombination aus Industrial Ethernet und IO-Link soll für Digitalisierung bis zum letzten Meter stehen. Zudem sind Turcks IO-Module mit einer zusätzlichen TCP/IP-Schnittstelle für den lesenden Zugriff auf Gerätedaten ausgestattet, was Condition Monitoring, Asset Management und Predictive Maintenance erlaubt. Darüber hinaus bietet der Hersteller mit SIDI (Simple IO-Link Device Integration) eine nutzerfreundliche Einbindung von IO-Link in Profinet-Projekte. IO-Link Master mit SIDI geben IO-Link Devices die Identität eines echten Profinet-Moduls mit eigenem GSDML-Eintrag. Die Funktion vereinfacht das Engineering von IO-Link Devices in Projekten mit Profinet-Steuerungen, denn sie erlaubt den Zugriff auf alle Parameter und Geräteeigenschaften aus dem Engineering-System, Zusatzsoftware wird mehr nicht benötigt.
Neue Module im Einsatz
In den USA werden die ersten TBEN-L5-8IOL-Module bald schon eingesetzt, in der Anlage eines Biopharma-Herstellers, der seine Produktion künftig über Profinet-Systemredundanz und IO-Link verwaltet. Im Umgang mit den meist sensiblen, kostenintensiven Produkten der Branche ist Hochverfügbarkeit essentiell. Ebenso relevant ist die hinzugewonnene Profilunterstützung der Geräte in IP67-Ausführung für einen Integrator von Molchtechnik. Dessen Kunden sind Chemie-, Pharma- und Mineralölunternehmen. Die Planung von Anlagen in diesen Branchen wird durch die hohe Schutzklasse der TBEN-Feldgeräte vereinfacht. Netzarchitekturen können dezentral und modular gestaltet werden, sodass sich der Platzbedarf im Schaltschank reduziert.
Familienübergreifender Rollout
Der IO-Link Master steht am Anfang eines groß angelegten Produktupgrades auf S2-Systemredundanz. Im Laufe des Jahres will Turck weitere Multiprotokollgeräte mit der Funktionserweiterung ausstatten, es folgen Block-Module der TBEN-Familie sowie wie die IO-Systeme für den Schaltschrank der Familien FEN20, BL20 und excom. Dem Umstieg auf Profinet mit unterschiedlichen Signaltypen sowohl für den Ex- als auch dem nicht-Ex-Bereich steht demnach nichts mehr im Wege.
Hans Turck GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 5 2019 - 15.05.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
