Controlnet und Ethernet realisieren notwendige Dienste

Der Autor Dipl.-Ing. Teja Ulrich ist Manager Europe Controlnet und Devicenet der Controlnet International, München

Die Kombination mit dem offenen ControlNet-Standard bietet ergänzende Kommunika-tionsdienste, welche den Anforderungen der industriellen Automatisierung gerecht werden und von den herkömmlichen Ethernet-Anwendungen bisher nicht oder nur unzureichend berücksichtigt werden.

Als Vorbild für das Vordringen von TCP/IP auf die Steuerungsebene gilt der einzigartige Siegeszug von Ethernet-TCP/IP in der Welt der Informationstechnologie, der eine scheinbar grenzenlose Durchgängigkeit zwischen den unterschiedlichsten Anwendungen und Geräten in Local Area Networks sowie dem weltumspannenden Internet ermöglicht hat. Wesentlich zu diesem Erfolg beigetragen hat eine Reihe speziell auf die Anforderungen der Informationstechnologie zugeschnittener, applikationsorientierter Protokolle. Diese Anwendungsschicht umfaßt u.a. bekannte Dienste wie FTP für die Dateiübertragung, SMTP für Email, HTTP als Sprache für Webseiten oder SNMP für Netzwerk-Management. Hier geht es im wesentlichen um den Umgang mit größeren Datenmengen wie beim Zugriff auf Internetseiten oder Datenbanken, beim Versenden von Email oder von Druckaufträgen an einen Netzwerkdrucker.

Auf der Ebene der industriellen Steuerungstechnik sind die Anforderungen deutlich anders gelagert. Zwar sind auch hier zum Teil hohe Datenaufkommen zu bewältigen, wie etwa beim Programmieren oder bei der Anbindung von umfangreichen Bedien- und Meldesystemen, aber hinzu kommen weitere Aufgaben, die zum Beispiel kontrollierte Antwortzeiten oder bestimmte Alarmbehandlungen erforderlich machen.

Auf Ethernet-TCP/IP basierende Kommunikationsbaugruppen, wie sie bereits von einer Vielzahl von Herstellern für die Automatisierungstechnik angeboten werden, reichen daher allein nicht aus, Ethernet als wirklich offene und globale Lösung auf der Steuerungsebene zu etablieren. Bisher fehlen aber beim Ethernet wichtige Dienste und Eigenschaften, die für den Einsatz in Echtzeit-Steuerungssystemen zum Teil unbedingt erforderlich sind. Der Austausch von E/A-Daten beispielsweise spielt im traditionellen Einsatzgebiet von Ethernet keine Rolle, gehört aber zu den zentralen Aufgaben in der industriellen Automation. Moderne Steuerungsnetzwerke bieten hier neben der herkömmlichen umlaufenden E/A-Bearbeitung durch einen Master auch zyklische (in definierbaren Intervallen) oder ereignisgesteuerte Kommunikation von Ein- und Ausgangsdaten. Gleiches gilt für Master/Slave- und Multimaster-Hierarchien sowie für gesicherte Multicast- und Broadcast-Verbindungen. Hier weisen Ethernet und TCP/IP noch auf absehbare Zeit gravierende Nachteile gegenüber spezialisierten Automatisierungsnetzwerken auf.

Basierend auf dem modernen Producer-Consumer-Verfahren bietet ControlNet eine Reihe von innovativen Kommunikationsmechanismen für die industrielle Automation. Die offene Netzwerkspezifikation der Nutzervereinigung ControlNet International ermöglicht die Übertragung von schnellen E/A Signalen, azyklischen Peer-to-Peer-Nachrichten, Diagnose, Programmierung und Konfigurationsdaten über eine einzige Leitung, ohne das deterministische und reproduzierbare Zeitverhalten für zeitkritische Daten zu beeinflussen.

Für solche Anwendungen, denen die Möglichkeiten der Ethernet-Technologie genügen, enthält die Version 2.0 der ControlNet-Spezifikation erstmalig CIP (ControlNet-Interface-Protokoll) Routing-Definitionen, die den Weg von ControlNet-Messages über TCP/IP in ein Intranet oder das Internet eröffnen. Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und transparente Datenzugriffe zwischen dem Internet und jedem ControlNet-Teilnehmer werden so ohne aufwendige Gateways möglich. Konkret heißt das beispielsweise, daß SPS-Steuerungen, Industrie-PCs und andere mit Ethernet-TCP/IP vernetzte Teilnehmer ohne weiteren Aufwand E/A-Informationen mittels ControlNet-Services austauschen können. ControlNet beschränkt sich dabei nicht auf Ethernet oder Fast Ethernet. Vielmehr kann jedes physikalische Me-dium wie beispielsweise ATM (Asynchronous Transfer Mode) genutzt werden, auf dem TCP/IP läuft.

Ein zweiter, weiterführender Ansatz befaßt sich mit der Realisierung einer einfachen und transparenten Durchgängigkeit der Internet-Informationsdienste bis auf die Steuerungsebene. ControlNet-Dienste und -Services existieren dabei nebeneinander auf einem IP-Teilnehmer. Basierend auf dem Physical Layer und dem Data-Link-Layer von ControlNet werden so die deterministischen Eigenschaften sowie die für die Industrieumgebung geeigneten ControlNet-Hardware-Komponenten genutzt. Zeitkritische Aufgaben übernehmen die „Scheduled Services“ über den spezialisierten ControlNet-CIP, während für zeitunkritische Aufgaben Internet-Anwendungen wie FTP, SMTP, WebServer oder HTTP über TCP/IP auf dem physikalischen ControlNet zur Verfügung stehen. Die Anwendung bestimmt die Kombination der Dienste. Beide Ansätze verdeutlichen, daß der wirkliche Wert eines Netzwerks nicht im verwendeten Kabel, sondern in den verfügbaren Diensten liegt. Internet-Dienste sind dabei, sich zum allgemein akzeptierten Standard in der Informationstechnologie zu entwickeln. ControlNet bietet ergänzend eine auf dem modernen Producer Consumer Model basierende Anwendungsschicht, die auf die spe-ziellen Anforderungen der industriellen Automation zugeschnitten und herkömmlichen Master-Slave-Netzwerken deutlich überlegen ist. Mit der Verbindung von TCP/IP und ControlNets CIP wird der Automatisierungstechniker zukünftig in Abhängigkeit von seiner Anwendung wählen können, auf welchem Kabel er die erforderlichen Dienste kombiniert. Die ControlNet-Spezifikation ist offengelegt und wird von den über 50 Mitgliedern der Nutzervereinigung ControlNet International gepflegt und entwickelt. Mitglied werden kann, wer an der Förderung und Entwicklung dieser fortschrittlichen Netzwerktechnologie interessiert ist.

Ausführliche Informationen

Controlnet

KEM 485

Devicenet

KEM 486