Der Begriff \’Industrielles Ethernet\‘ beschreibt die Vernetzung von Geräten über den Ethernet-Standard in allen Anwendungen, die im engeren oder weiteren Sinne als industriell bezeichnet werden können. Allen Anwendungen gemeinsam ist, dass die Umgebungsbedingungen, in der die Geräte betrieben werden, sich hinsichtlich Verschmutzung, Temperatur, Vibration und elektrischen Störeinflüssen deutlich von denen einer Büroumgebung unterscheiden. Die Bedingungen sind deutlich härter. Von einem Gerät für einen industriellen Einsatz wird dazuhin die Montagemöglichkeit auf DIN-Schiene, eine hohe Verfügbarkeit und eine lange Produktslebenszeit erwartet. Sehr verschieden sind industrielle Anwendungen in Bezug auf Schnelligkeit und Reaktionsvermögen. Anwendungen mit hohen und höchsten Anforderungen an Echtzeit verlangen nach einem \’harten\‘ industriellen Ethernet, das mit allen seinen am Netz befindlichen Komponenten sorgfältig und kompatibel geplant und aufgebaut werden muss. Die überwiegende Anzahl der Industrieanwendungen, bei denen es nicht auf die letzte Millisekunde ankommt, gibt sich schon mit etwas schwächeren Anforderungen, mit \’weichem\‘ Ethernet zufrieden. Weiches und hartes Industrielles Ethernet Geräte für \’weiche\‘ industrielle Ethernet Anwendungen sind so robust (=industriell) ausgelegt, dass sie unter den o.a. industriellen Umgebungsbedingungen sicher betrieben werden können. Sie können in ein Standard-Ethernet LAN problemlos integriert werden, da sie auf den Standard-Ethernet Protokollen aufsetzen. Auf dem Markt für industrielle Ethernet Produkte findet man heute eine große Anzahl an industriellen Ethernet Switches und Ethernet Gateways. Diese ermöglichen es, industrielle Geräte mit RS485 oder RS232 Schnittstelle, CAN Bus-, Profibus- oder Hart-Schnittstelle in ein Ethernet Netzwerk zu integrieren. Dazu kommen eine Vielzahl an Prozess Ein-/ Ausgabesysteme mit Ethernet Port, die meist per Modbus/TCP Protokoll über das Netzwerk kommunizieren. Was all diesen Geräten fehlt, ist jegliche Echtzeitfähigkeit. Typische Anwendungen für diese nicht extrem zeitkritischen, industriellen Ethernet Anwendungen sind beispielsweise die Temperaturerfassung und Klimaregelung in Gebäuden, die Überwachung der Betriebsparameter bei Solaranlagen, die Erfassung der Umweltparameter in einem Tunnel, die Messung der Betriebsparameter sowie die Erkennung und Meldung von Störungen bei Kläranlagen, Windanlagen oder im Umweltschutz. Beim \’harten\‘ industriellen Ethernet tritt die Echtzeitfähigkeit, d.h. der Anspruch auf eine extrem kurze, vorhersehbare Antwortzeit hinzu. Typische Anwendungsfälle hierfür sind Steuerungsaufgaben in Produktionsprozessen. Hier sind extrem schnelle, vorhersehbare Übertragungszeiten über das Netzwerk erforderlich. Das Standard-Ethernet kann dies nicht leisten. Zahlreiche Hersteller haben sich daran gemacht das Problem zu lösen. Herausgekommen sind mehr als 20 unterschiedliche Lösungen, die allerdings untereinander nicht kompatibel sind. Sie verwenden unterschiedliche proprietäre Protokolle und meist auch spezifische Hardwareansätze. Trotz aller Bemühungen ist es bisher nicht gelungen, ein einheitliches Anwendungsprotokoll zu etablieren, das auf die Belange des \’harten\‘ industriellen Ethernets zugeschnitten ist. In der Regel muss sich der Anwender bei einer Echtzeit Ethernet Anwendung auf das System eines Herstellers festlegen. Einige der bekanntesten Lösungen in diesem Bereich sind: EtherNet/IP (Rockwell), Profinet (Siemens), EtherCat (Beckhoff), Powerlink (B&R), Sercos-III. Echtzeitreaktion durch lokale Intelligenz Was aber ist zu tun, wenn es bei einer \’weichen\‘ industriellen Ethernet Installation tatsächlich einmal auf eine schnelle Reaktion in Echtzeit ankommt ? Dann gilt es, schnelle, intelligente Reaktionsfähigkeit auf Ereignisse vor Ort zu bringen, da dies über das Standard-Ethernet Netzwerk nicht sichergestellt werden kann. Ein Beispiel: Wichtig ist es auf die Überhitzung eines Kessels in Echtzeit durch Abschaltung der Heizung zu reagieren, während die Meldung der Störung an sich, über Netzwerk, per Mail oder SMS nicht extrem zeitkritisch ist. Solch intelligente Ethernet Devices sind die neuen Ethernet E/A Controller der Wise-Serie von Spectra. Diese einfach auf DIN-Schiene montierbaren Module bieten eine kostengünstige Lösung zur Sicherstellung einer lokalen Intelligenz, die für die schnelle Reaktion auf Ereignisse erforderlich ist. Die Module ermöglichen die Erfassung von Sensorsignalen und bieten die Fähigkeit, sehr schnell auf Ereignisse durch entsprechendes Setzen der digitalen oder analogen Ausgänge reagieren zu können. Die verschiedenen Modelle der Wise-Modulserie verfügen über eine unterschiedliche Ausstattung an analogen und galvanisch getrennten digitalen Ein-/Ausgängen. Thermoelemente oder Pt100-Widerstandsthermometer können ohne externe Vorverstärker direkt an die Module angeschlossen werden, da der entsprechende analoge Präzisionsdatenverstärker in das Modul integriert ist. Insgesamt umfasst das Spektrum 20 verschiedene Modultypen. Beispielhaft seien zwei Module herausgegriffen: Das Wise-7118 verfügt über 10 analoge Eingangskanäle, die zur Spannungs- oder Strommessung verwendet oder an die Thermoelemente angeschlossen werden können. Das Modul unterstützt die Klemmstellenkompensation für Thermoelemente und errechnet die resultierende Temperatur je nach angeschlossenem Thermoelementtyp. Weiter verfügt das Wise-7118 über 6 digitale Ausgänge. Das Modul Wise-7160 verfügt über 6 digitale Eingänge und 6 Relaisausgänge. Die Kommunikation mit den Wise-Modulen über Ethernet erfolgt über das Modbus/TPC Protokoll. Die meisten Scada-Softwarepakete unterstützen dieses Protokoll, so dass es leicht möglich ist, Wise-Module in viele bestehende Applikationen nahtlos zu integrieren. Eine Spezialität der Wise-Serie ist die sehr einfach durchzuführende Definition einer lokalen Steuerungslogik. Der Anwender erstellt diese nicht durch Programmierung, sondern durch Ausfüllen von if-then-else Tabellen mit einem Webbrowser. Bis zu 36 verschiedene if-then-else Bedingungen können im Rahmen einer Kontrolllogik definiert werden, die entweder zyklisch oder zeitgesteuert durch vom Benutzer definierbare Timer abgearbeitet werden können. Diese lokale Steuerungslogik erlaubt es, sehr schnell in Echtzeit auf Ereignisse zu reagieren. Im Ereignisfalle kann das Modul darüber hinaus eigenintelligent eine E-Mail oder eine SMS (Wise-4000) zu jeweils 12 verschiedenen Empfängern mit einer vom Benutzer vordefinierten Nachricht absetzen. Das Modul Wise-4000 verfügt zusätzlich zum 10/100MB Ethernet Port über ein GPRS/GSM-Modem und kann somit auch über eine Mobilfunkverbindung in ein Datennetzwerk eingebunden werden bzw. SMS-Nachrichten an ein Mobiltelefon oder ein GSM-Moden versenden. Die Stromversorgung der Wise-Module kann entweder über ein externes Modul oder, da die Module PoE-Technologie unterstützen, direkt über das Ethernet Kabel erfolgen. Damit kann gegebenenfalls erheblich Installationsaufwand erspart werden. Hierzu ist allerdings ein industrieller PoE Ethernet Switch erforderlich, mit dem die Datenleitung mit der erforderlichen Speisespannung von 48VDC versorgt wird.
Spectra GmbH & Co. KG
