07.05.2013

Ein Gerät - drei Ethernet-Protokolle

"Komplexität effektiv reduzieren"

Der Wechsel von der klassischen Feldbustechnik hin zu industriellen Ethernet-Protokollen hat anstatt der ursprünglich erwarteten Reduktion zu einer noch größeren Vielfalt von Protokollen und Systemen geführt. Diese Protokoll-Vielfalt ist für Hersteller und Anwender ein aufwendiges und bisweilen kostspieliges Unterfangen: Für jede verwendete Ethernet-Version müssten entsprechende Komponenten am Lager verfügbar sein, wenn sie für einen Service-Einsatz benötigt werden. Multipliziert man die Anzahl der Protokolle mit den unterschiedlichen Gerätevarianten der verschiedenen Produktfamilien, so wird schnell klar, dass diese Komplexität zunehmend schwerer zu beherrschen ist. Turck begegnet dieser Problematik mit neuen Multiprotokoll-Gateways und -Block-E/A-Modulen, die gleichzeitig Profinet, Ethernet/IP und Modbus unterstützen. Mit Jörg Kuhlmann, Leiter Produktmanagement Feldbustechnik bei Turck, sprachen wir über die neue Lösung.

Autor: Kai Binder


Multiprotokoll-Ethernet-Gateways und Block-E/As

Mit seinen neuen Multiprotokoll-Geräten hat Turck die ersten Feldbus-Gateways und Block-E/A-Module entwickelt, die Profinet IO, Modbus TCP oder Ethernet/IP sprechen. Die Geräte lassen sich automatisch in jedem der drei Ethernet-Systeme betreiben. Anwender, die unterschiedliche Ethernet-Protokolle einsetzen, reduzieren mit den neuen Multiprotokoll-Lösungen effektiv die Vielfalt der vorzuhaltenden Gerätevarianten und können zudem Maschinen und Anlagenteile mit unterschiedlichen Ethernet-Protokollen identisch planen. Je nach Endkundenvorgabe muss jeweils nur die Steuerung bzw. der Master ausgetauscht werden, um Maschinen für drei unterschiedliche Protokolle anzubieten. Turck bietet Multiprotokollgeräte für seine modularen Gateways der BL20-Reihe zur Schaltschrankmontage sowie für die BL67-Reihe zur Feldmontage an. Auch IP67-Block-E/A-Module inklusive der platzsparenden BL compact-Reihe sind als Multiprotokollgeräte verfügbar. Alle Geräte können mittels interner Switches in Linientopologie installiert werden und unterstützen die Funktion 'Priorisierter Hochlauf' sowie Features wie Topologieerkennung und Adresszuweisung mittels LLDP im Profinet-Betrieb oder das Media Redundancy Protokoll zur Herstellung einer Ring-Redundanz (Device Level Ring für Ethernet/IP). Das jeweils eingesetzte Protokoll erkennen die Geräte durch Mithören des Kommunikationsverkehrs während der Hochlaufphase.

Herr Kuhlmann, zur SPS IPC Drives haben Sie Ihre Multiprotokoll-Technologie vorgestellt und die ersten Geräte angekündigt. Sind Sie im Plan?

Kuhlmann: Das sind wir. Turck hat zunächst sein Block-E/A-Modul FGEN mit dieser Technologie ausgerüstet, die Geräte sind seit Dezember verfügbar. Jetzt zur Hannover Messe können wir unseren Kunden auch die ersten Multiprotokoll-Gateways für die modularen E/A-Systeme BL20 für die Schaltschrankmontage und BL67-Module zur Feldmontage liefern. Alle Gateways und E/A-Module verfügen selbstverständlich über interne Switches, die eine Installation in Linie ermöglichen.

Was war der Grund für die Entwicklung?

Kuhlmann: Beim Übergang von der klassischen Feldbustechnik zu Ethernet ist es leider nicht gelungen, die Vielzahl der Protokolle und Systeme nachhaltig zu reduzieren. Stattdessen hat sich die Anzahl der am Markt verfügbaren Protokolle auf Ethernet-Basis eher erhöht. Leidtragende sind nicht nur die Anwender, die aufgrund von Endkundenvorgaben entsprechend viele unterschiedliche Geräte bereithalten müssen; auch die Hersteller stehen vor einer schwierigen Aufgabe, weil die Gerätevielfalt im internationalen Vertrieb logistische Herausforderungen mit sich bringt. Ursprünglich sind wir das Thema Multiprotokoll angegangen, um Logistikprozesse zu vereinfachen und Losgrößen in der Produktion zu erhöhen. Schnell haben wir aber gemerkt, dass sich daraus auch Vorteile für die Anwender ergeben.

Wo genau sehen Sie die Vorteile für den Anwender?

Kuhlmann: Die Protokolle Ethernet/IP, Modbus TCP und Profinet IO sind hier in einer Geräte-Firmware vereint. Trotz des schlanken Designs der Gateways umfassen die Protokollstacks damit alle für diesen Markt relevanten Protokolle. Anwender müssen also in Zukunft nur noch einen Gerätetyp vorrätig halten, unabhängig vom verwendeten Ethernet-Protokoll. Hier bietet sich die Chance, Lagerhaltungskosten und Komplexität effektiv zu reduzieren. Technisch ist es zudem mit den Multiprotokoll-Geräten möglich, Maschinen und Anlagen zu großen Teilen identisch zu konstruieren und je nach Endkundenvorgabe nur die Steuerung auszutauschen. Das führt zu einer erheblichen Vereinfachung im Engineering und damit zu einer Zeit- und Kostenersparnis auf Anwenderseite.

Stellen Sie ein Engineering-Tool zur Parametrierung zur Verfügung?

Kuhlmann: Das ist gar nicht erforderlich, denn die Geräte erkennen beim Hochlauf durch Mithören des Traffics vollautomatisch, welches Ethernet-Protokoll sich auf dem Draht befindet. Die Geräte wechseln dann zum erkannten Protokoll und ignorieren die Telegramme der anderen zwei. Die Implementierung der Protokolle deckt alles ab: Im Profinet-Betrieb werden Topologieerkennung und Adresszuweisung mittels LLDP unterstützt, bei Ethernet/IP QuickConnect und Device Level Ring (DLR-Medienredundanz). Damit ist der Innovationsfaktor der Gateways aber noch längst nicht ausgeschöpft, denn die Multiprotokoll-Geräte sind ausgesprochene Schnellstarter.

Was heißt Schnellstarter?

Kuhlmann: Alle IP67-Geräte unterstützen im Profinet-Betrieb Fast-Start-up und beherrschen QuickConnect im Ethernet/IP-Betrieb - mit Hochlaufzeiten, die ihresgleichen suchen: Die Fast-Start-up-Module in Block-Bauform (FGEN-Reihe) erreichen heute Start-up-Zeiten von weniger als 150ms bei Profinet sowie rund 90ms bei Ethernet/IP. Damit liegen die Turck-Module weit unter den Forderungen der Automobilindustrie, deren Vorgabe ursprünglich bei maximal 500ms lag. Um dies zu erreichen, haben wir die Elektronik-Architektur so optimiert, dass Prozessoren weitgehend unabhängig von den Protokoll-Modifikationen erheblich schneller betriebsbereit sind und damit diese Start-up-Zeiten ermöglichen. Mir ist derzeit kein anderer Anbieter von Fast-Start-up-E/A-Modulen bekannt, der auch nur annähernd die Zeiten der FGEN-Serie erreichen würde.

Machen hier 100ms den großen Unterschied?

Kuhlmann: Die Forderung nach kurzen Hochlaufzeiten kam vor allem aus der Automobilindustrie, um beispielsweise beim Werkzeugwechsel an Robotern im Automobilrohbau die Takt-rate zu erhöhen. Je schneller das E/A-Modul auf dem Wechselwerkzeug seine Betriebsbereitschaft wieder herstellt, desto schneller ist die Taktzeit für einen Arbeitsgang. Eine kürzere Taktzeit - und seien es auch nur 100ms - bedeutet für den Automobilhersteller entweder mehr Output pro Zeiteinheit oder weniger Roboter für einen bestimmten Arbeitsschritt - beide Alternativen sind betriebswirtschaftlich relevant.

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