Anwendung von Ethernet in der Automatisierungstechnik Magische Anziehungskraft – KEM
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Magische Anziehungskraft

Anwendung von Ethernet in der Automatisierungstechnik
Magische Anziehungskraft

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Dass sich Ethernet auch in der Automatisierungstechnik etabliert, bezweifelt heute niemand mehr. Die enormen technischen Fortschritte wie Fast Ethernet, Switching und Full Duplex Übertragung haben aus dem guten alten Ethernet ein leistungsfähiges Kommunikationssystem gemacht, das eine geradezu magische Anziehungskraft auf Anwender und Hersteller in der Industrie ausübt.

Der Autor Dipl.-Ing. Michael Volz, ist Geschäftsführer der HM Industrial Networks GmbH, Karlsruhe

Derzeit arbeiten viele Organisationen an der Festlegung eines Anwendungsprotokolls für Industrial Ethernet. Die verschiedenen Ansätze Profinet (PNO), Ethernet/IP (ODVA), [DA (IDA-Group), Foundation Fieldbus HSE (FF), Interbus on Ethernet (Interbus Club) und Open Modbus (Modconnect) unterscheiden sich deutlich und sind inkompatibel zueinander. Die Industrial Automation Open Network Alliance (IAONA) wurde als internationale Dachorganisation für Ethernet in der Automatisierungstechnik etabliert.
Gemeinsamkeiten in unteren Schichten
Trotz der unterschiedlichen Ansätze im Layer 7, gibt es bei allen Konzepten einen gemeinsamen Kern. Er umfasst die etablierten Standards der Ebenen 1 bis 4, wie die Ethernet Übertragungstechnik, das Buszugriffsverfahren (CSMA/CD, Layer 2), das Internet Protokoll (Layer 3) sowie das TCP und UDP Protokoll (Ebene 4). Darüber hinaus kommen in der Ebene 7, für nicht zeitkritische Funktionen, die Standards der IT-Welt wie das Hypertext Transfer Protocoi (http), das File Transfer Protokoll (FTP) und das Simple Network Management Protokoll (SNMP) zum Einsatz.
Die Rolle der IAONA
Unter dem Dach der IAONA arbeiten verschiedene Interessensgruppen gemeinsam da-ran, die Unterschiede zwischen den Lösungsansätzen zu minimieren. Dazu wurden Kooperationen mit der ODVA (repräsentiert Ethernet/IP) und der IDA-Group (repräsentiert IDA) vereinbart. Zwischen diesen Gruppierungen herrscht Konsens darüber, dass es unterschiedlich Echtzeitprotokolle gibt. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Konzepten liegen in der grundlegenden Protokoll Architektur, den Anwendungsprotokollen in der Ebene 7, den Objektmodellen sowie den Engineering-Konzepten und Tools.
Encapsulation Systeme
Unter dem Begriff Encapsula-tion wird die Einbettung einer Schicht 7 Nachricht in einen TCP oder UDP Container der Schicht 4 verstanden. Typische Vertreter dieser Kategorie sind das von Rockwell Automation und der ODVA entwickelte Ethernet/IP, die High Speed Ethernet (HSE) Technologie der Fieldbus Foundation und Open Modbus von Schneider Automation.
Allen diesen Konzepten ist gemeinsam, dass ein mehr oder weniger unverändertes Feldbus-Telegramm als „Nutzlast“ in einen TCP/UDP-Frame eingebettet und über Ethernet übertragen wird. Der Vorzug dieser Methode liegt darin, dass die Vorteile von Ethernet mit seiner leistungsfähigen Übertragungstechnik sich optimal mit den bewährten Eigenschaften der zugrunde liegenden Feldbusprotokolle ergänzen.
Verteilte Automatisierung
Die zweite Kategorie der Ethernetbasierten Systeme ist besonders gut geeignet für die Kommunikationsanforderungen von verteilten Systemen. Hierbei wird das Anwendungsprogramm auf mehrere über Industrial Ethernet verbundene Controller aufgeteilt.
Diese neue Philosophie wurde von der Firma Jetter mit der JetWeb Technologie erstmals propagiert. Der Slogan „das Netz ist die Steuerung“ verdeutlicht einfach und prägnant das Funktionsprinzip. Die Systeme IDA und Profinet zielen beide auf diese neue Philosophie.
Echtzeitfähig dank Switching
Wird ein Ethernet Netzwerk konsequent mit Switches und Twisted Pair Kabeln oder Lichtwellenleitern in Full Duplex Übertragung ausgeführt, so treten keine Kollisionen mehr auf und die maximale Übertragungszeit der Telegramme ist kalkulierbar. Nur in dieser Konfiguration ist Ethernet echtzeitfähig. Mit der INS 150 Familie bietet HMS bereits heute eine breite Palette von Ethernet Switches für industriellen Einsatz mit 24 Volt Spannungsversorgung und Hutschienenmontage an.
Ethernet Geräteschnittstelle
Mit der zunehmenden Bedeutung von Ethernet in der Automatisierungstechnik ist es für die Gerätehersteller notwendig ihre Feld- und Automatisierungsgeräte mit einer Ethernet Schnittstelle auszustatten. Als Alternative zu einer zeit- und kostenaufwendigen Eigenentwicklung, bietet HMS fertige Kommunikationsmodule im Scheckkartenformat an. Diese sogenannten Anybus Modul sind als Aufsteckmodule konzipiert und werden einfach „Huckepack“ auf die Grundplatine des jeweiligen Feldgerätes aufgesteckt. Sie realisieren das gesamte Kommunikationsprotokoll und stehen für die unterschiedliche Industrial Ethernet Protokollvarianten ebenso wie für die Standard Feldbusse zur Verfügung. Alle Module sind Hard- und Softwaremäßig standardisiert und können so einfach untereinander ausgetauscht werden. Hat der Gerätehersteller erst einmal eine interne Anschlussmöglichkeit für die Anybus Module in seine Geräteelektronik integriert, kann er durch Austausch der verschiedenen Module sein Gerät ohne weitere Hardware und Software Änderungen an 15 verschiedene Kommunikationsprotokolle ankoppeln. Im Vergleich zu einer Eigenentwicklung können dabei Entwicklungskosten von bis zu 1 Mio. Euro eingespart werden.
Auch Oldtimer können ans Netz
Mit einem geeigneten Protokoll-konverter können auch ältere Automatisierungsgeräte in moderne Industrial Ethernet Netzwerke eingebunden werden. Hierzu hat HMS den Anybus Communicator entwickelt, der als intelligenter Umsetzer die Daten einer seriellen RS-232/485 Geräteschnittstelle in Ethernet Protokolle umsetzt. Auch den Communicator bietet HMS in vielen verschiedenen Protokollvarianten an und ermöglicht so die Einbindung älterer Feldgeräte in alle namhaften industriellen Kommunikationssysteme.
Internet
Ausführliche Informationen
Anybus Kommuni-kationsmodule
KEM 499
Anybus Communicator
KEM 500
INS 150
Industrial Switches
KEM 501
Seminarangebote Indu-
strielle Kommunikation
KEM 502
Fazit: Kein Standard in Sicht
Industrial Ethernet wird zukünftig als Ergänzung zu den etablierten Feldbussen eine wichtige Rolle in der industriellen Kommunikation übernehmen. Vergleicht man die unterschiedlichen Lösungsansätze, so wird deutlich, dass es in naher Zukunft jedoch keinen einheitlichen Standard für Ethernet in der Automatisierungstechnik geben wird. Anwender und Gerätehersteller müssen sich auf eine noch größere Vielfalt an industriellen Kommunikationssystemen einstellen. Um den Anschluss nicht zu verpassen und die Chancen und Risiken der unterschiedlichen Systeme richtig bewerten zu können, ist die Teilnahme an geeigneten Einführungsseminaren empfehlenswert.
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