Erschienen am: 16.07.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 7 2018

I/O-Module mit nur einer IP-Adresse in Fertigungsnetze einbinden

33 auf einen Streich

Schon mit der Einführung seines Multiprotokoll-Konzepts vor sechs Jahren setzte Turck auf Einfachheit für den Anwender. In diese Richtung geht das Unternehmen jetzt einen weiteren Schritt und stellt ein neues Backplane-Protokoll vor, das es ermöglicht, im Fertigungsnetz bis zu 33 I/O-Module über eine IP-Adresse zu verbinden.


Multiprotokoll-Ethernet

Unter dem Begriff Multiprotokoll bietet Turck Feldbus-Gateways und Block-I/O-Module an, die drei Ethernet-Protokolle - Profinet, Modbus TCP und Ethernet/IP - in einem Gerät vereinen. Die Multiprotokoll-Geräte lassen sich automatisch in jedem der drei Systeme betreiben. Dabei erkennen die Multiprotokoll-I/O-Geräte den Master nach dem Hochfahren und stellen sich selbstständig auf das Protokoll ein. Als besonderes Highlight ist der lesende Zugriff über Modbus TCP auch bei bestehender Steuerungsverbindung über Profinet oder Ethernet/IP möglich. So können HMIs, aber auch Edge-Gateways und Cloudsysteme, parallel zur SPS auf alle Prozesswerte zugreifen.

Mit dem Beep-Standard reicht eine IP-Adresse, um bis zu 33 I/O-Module in Ethernet-Netze einzubinden.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Steuerungen und Feldbusgeräte nutzen in unterschiedlichen Märkten und Regionen verschiedene Protokolle. Neben den regionalen Präferenzen entscheiden die Anforderungen der Applikation über die Wahl des Protokolls. Da es hier wohl nie zu einem einheitlichen globalen Standard kommen wird, hatte Turck im Jahr 2012 eine eigene Multiprotokoll-Lösung für Industrial Ethernet vorgestellt. Entsprechend ausgerüstete Geräte sind in der Lage, mit den drei global weit verbreiteten Protokollen Profinet, Ethernet/IP und Modbus TCP zu kommunizieren. Mit der Einführung der Gerätefamilien TBEN-S und TBEN-L präsentierte der Hersteller autarke Feldbusmodule, die jedes für sich mit einer einzelnen IP-Adresse im Netzwerk adressiert werden können. Mit dieser Eigenschaft spart der Kunde die Kosten für zusätzliche Feldbuskoppler und kann auf proprietäre Substrukturen verzichten. Das ermöglicht insbesondere bei Anwendungen mit mittlerer bis kleiner I/O-Dichte, z.B. auf Robotern eine außergewöhnliche Effizienz. Doch in großen Netzwerken mit vielen Teilnehmern kann die direkte Busanbindung zum Nachteil und IP-Adressen rar werden. Außerdem ist die Anzahl der Verbindungen, die Steuerungen verwalten können, begrenzt. Deswegen hat Turck das Backplane Ethernet Extension Protocol (Beep) entwickelt. Damit lassen sich bis zu 33 Block-I/O-Module und maximal 480Byte Prozessdaten als Ethernet-Subnetz zusammenfassen. Ein solches Subnetz benötigt nur eine IP-Adresse und kommuniziert über nur eine Verbindung mit der Steuerung. Unabhängig davon, ob es sich um ein Profinet-, Ethernet/IP- oder Modbus-TCP-Netz handelt.

Vereinfachte Kommunikation

In einem solchen Beep-Netzwerk agiert ein Modul als Master, während bis zu 32 weitere Module als Slave fungieren. Dadurch müssen Anwender zum einen keine speziellen Gateways mit proprietärer Verkabelung anschaffen, um Subnetze zu etablieren und IP-Adressen zu reduzieren. Denn jedes Block-I/O-Modul kann entweder als Beep-Master oder -Slave verwendet werden. Zum anderen kann der Anwender durch die Reduktion seiner IP-Adressen I/O-Netze mit hoher Dichte bilden und diese über kostengünstige Steuerungen mit einer kleineren Zahl von unterstützen Verbindungen anbinden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Beep mit allen gängigen Ethernet-Komponenten funktioniert. Auch die Konfiguration erfolgt unkompliziert über den integrierten Webserver. Der Anwender definiert dabei das erste Gerät der Leitung als Beep-Master, die anderen erhalten dadurch automatisch ihre Zuteilung als Slave. Dabei speichert der Master alle Parameter der Gerätekonfiguration. Sollte also ein Slave auf Grund eines Defekts oder aus anderen Gründen ausgetauscht werden müssen, kann dies einfach per Plug&Play erfolgen. Das reduziert nicht nur die Ausfallzeiten, sondern auch die Ausfallkosten. Der neu eingesetzte Slave wird dann automatisch erkannt und mit den entsprechenden Parametern versorgt. Eine erneute manuelle Konfiguration ist nicht notwendig. Bei der Konfiguration ist zu beachten, dass ein Beep-Netz immer in Linientopologie installiert werden muss. Dabei hat der Master stets eine statische IP-Adresse, wohingegen den Slaves keine IP-Adressen zugewiesen sind. Mehrere Beep-Netze können auch hintereinander in einer Linie betrieben werden. Ihre Konfiguration funktioniert nach demselben Prinzip: Master - Slave - … - Master - Slave. Sogar der Mischbetrieb von Beep-Netzen und Geräten anderer Hersteller ist problemlos möglich.

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Großes Produktportfolio

Beep ist als Firmware-Update für alle Multiprotokoll-Module der Reihen TBEN-S und TBEN-L sowie auf den FEN20-Modulen verfügbar. Neben Modulen mit normalen I/O-Schnittstellen umfasst die TBEN-L-Reihe auch IO-Link-Master, Profisafe- und Ethernet/IP-CIP-Safety- sowie RFID-Interfaces. Mit der TBEN-L-PLC bietet Turck auch eine vollwertige IP67-Steuerung auf Basis von Codesys 3 an. Durch das robuste Gehäuse und eine hohe Schutzart eignet sich die Produktfamilie insbesondere für die Automobilbranche sowie für die Logistik und den Maschinenbau. Während TBEN-L dort zum Einsatz kommt, wo extrem robuste Geräte mit hohen Schutzarten benötigt werden, zielt das FEN20-Modul in die entgegengesetzte Richtung ab: Als eines der kleinsten Block-I/O-Module zum Einbau im Schaltschrank zeichnet es sich insbesondere in dezentralen Anwendungen mit wenigen I/O-Punkten aus. Aufgrund der kompakten Abmessungen ist FEN20 auch gut zum Nachrüsten von Ethernet-Funktionalität in bestehenden Schaltschränken und kleinen Schaltkästen geeignet.

Umfangreiche Einsatzmöglichkeiten

Die Produktfamilie TBEN-S vereint die Vorteile von TBEN-L und FEN20. Durch das vollvergossene Gehäuse und den erweiterten Schutzbereich ist die Baureihe robust und entspricht den Schutzklassen IP65/67 bzw. IP69K. Dadurch eignen sich die I/O-Module für den Einsatz außerhalb des Schaltschranks - auch dort wo es nur wenig Platz gibt. Wie die anderen Beep-fähigen Block-Module sind die Module der TBEN-S-Familie multiprotokollfähig. Die Detektion des jeweiligen Protokolls erfolgt dabei komplett automatisch. Somit können Kunden die Module unkompliziert an unterschiedliche Steuerungssysteme anschließen - eine Eigenschaft, von der insbesondere global agierende Unternehmen profitieren können. Weiterhin sind die TBEN-S-Module auf hohe Flexibilität ausgelegt. Die Kanäle der DXP-Module können z.B. konfigurationslos als Ein- oder Ausgänge genutzt werden. Die Analogmodule können neben Strom- und Spannungssignalen auch die Signale von Thermo- und RTD-Elementen verarbeiten. Damit helfen auch diese Module, die Zahl vorzuhaltender Gerätevarianten beim Kunden klein zu halten. Darüber hinaus sind die TBEN-S-Module auch als I/O-Link-Master verfügbar. Um die Inbetriebnahme und Wartung der Module leicht zu gestalten, sind die Verdrahtung der TBEN-S-Familie sowie die direkte Integration in Industrial-Ethernet-Netze einfach gehalten. Probleme lassen sich zwar nie ganz vermeiden, doch mit dem Modul TBEN-S können Anwender auf umfangreiche Diagnosefunktionen zu Überspannung, Strom und Kurzschluss zurückgreifen. Sollte ein Geräteaustausch nötig sein, so ist dies einfach und ohne aufwändige Konfiguration möglich. Die I/O-Module unterstützen bereits heute den lesenden Zugriff über Modbus TCP parallel zur Steuerungsverbindung. Über diesen Weg können HMIs und Leitsysteme, aber auch Edge-Gateways und Cloudsysteme, auf sämtliche Prozesswerte zugreifen. Parallel wird im Hintergrund bereits an modernen Protokollen wie OPC-UA und MQTT gearbeitet. Außerdem wirkt Turck aktiv bei der Standardisierung entsprechender Profile in der IO-Link Community mit.

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