Ethernet in der Automatisierung: SafetyNet p bietet mehr als Sicherheit

Anwendungen der Automatisierung und der Prozessindustrie stellen dabei besondere Anforderungen. An erster Stelle sind in dieser Hinsicht die Zuverlässigkeit und die Sicherheit eines Ethernet Sys­tems zu nennen. Beide Kriterien sind neben den eigentlichen Sys­temeigenschaften entscheidungsrelevant für einen industriellen Einsatz. Bei Verlust der Sicherheit oder der Zuverlässigkeit ist ein Betrieb einer Anlage oder Maschine im Normalfall nicht möglich. Weil es sich beim Design eines Kommunikationssystems häufig darum handelt, ob eine Information schnell oder zuverlässig übertragen werden kann, stehen die Systemdesigner immer wieder vor dieser prinzipiellen Entscheidung. Nur wenn Daten schnell und zuverlässig übertragen werden, ist eine Übertragung für Sicherheitsapplikationen sinnvoll einsetzbar. Daher ist bei SafetyNet p die Sicherheit der Kommunikation von Anfang an zentrales Thema. Robuste Anschlusstechnik Basierend auf den Erfahrung­en der industriellen Feldbusse und vom Etherneteinsatz in der Bürowelt, ist die Anforderungsliste an ein industrielles Ethernet wie SafetyNet p als eine Weiterentwicklung der innovativen Eigenschaften beider Systemwelten zu verstehen. Die positiven Aspekte der Feldbusse sind die Robustheit und Einfachheit der Kommunikation sowie der Anschlusstechnik. Außerdem hat sich in der Industrie die Linientopologie als hauptsächliches Verkabelungsprinzip etabliert. Die verschiedenen Geräte lassen sich einfach am jeweils benachbarten Gerät anschließen. Eine Sternverkabelung, wie sie derzeit in der Bürowelt üblich ist, ist in einer Automatisierungsumgebung nicht praktikabel. Andererseits ist in der Bürowelt das dynamische Hinzufügen oder Entfernen von Teilnehmern (z.B. Laptops in Besprechungsräumen) längst üblich. Für die Automatisierung ist dies insbesondere für Service, Wartung und Diagnose erforderlich. Ebenso stoßen Anwendungen mit wechselnden Teilnehmern wie z.B. Flurförderfahrzeugen vermehrt auf Interesse. SafetyNet p unterstützt daher sowohl die bekannte robuste Anschlusstechnik mit den etablierten Steckverbindern, wie beispielsweise in M12-Bauform, als auch die kostengünstige IP20-Verkabelung in Form von RJ45-Steckern im Schaltschrank. Durch geeignetes Design der SafetyNet p Geräte und der Kommunikationsstruktur können SafetyNet p Teilnehmer sowohl als Linie, als auch als Baum oder Stern miteinander verbunden werden. Die Linienstruktur ist dabei ohne zusätzliche Komponenten immer möglich. Werden Abzweige benötigt, kommen kostengünstige Standard Ethernet-Switches zum Einsatz. An diesen Switches sowie an freien Schnittstellen der einzelnen SafetyNet p Geräte können mobile Teilnehmer für Wartung oder Diagnose angeschlossen werden. Dabei kann es sich nicht nur um SafetyNet p Geräte handeln, sondern auch um handelsübliche Laptops oder andere #Office#-Geräte. Echtzeit ist gefordert Bei der Entwicklung gilt es auch hohe Echtzeitanforder­ung­en zu berücksichtigen. Insbesondere im Motion-Control-Bereich, das heißt der Steuerung von Antrieben, sind sehr schnelle Zykluszeiten des Netzwerks erforderlich. Für die meisten Anwendungen werden Zykluszeiten (Zykluszeit = Zeit, in der jeder Teilnehmer mit allen anderen Teilnehmern kommunizieren konnte) von etwa 1ms ausreichend sein. Hier kann die SafetyNet p Variante des RTFN (Real time frame network) zum Einsatz kommen. Das Konzept des RTFN sieht vor, dass jeder Teilnehmer direkt mit allen anderen kommuniziert. Für jeden Produzenten von Daten wird hierbei eine individuelle Verbindung zu jedem seiner Abonnenten aufgebaut und überwacht. Dies gestattet sowohl unterschiedliche Überwachungszeiten für jede individuelle Funktion, als auch die Co-Existenz mit jedem Standard Ethernet Protokoll. Andere industrielle Ethernet-Protokolle, sofern sie IP kompatibel sind, lassen sich auf diese Weise selbstverständlich ebenso im gleichen Ethernet einsetzen. Werden kürzere Zykluszeiten benötigt, wie beispielsweise in der Regelschleife innerhalb eines Antriebs, gestattet die Verwendung der SafetyNet p Variante RTFL (Real time frame line) Zykluszeiten bis zu 62,5µs. Um Kollisionen mit anderen Ethernet Diensten zu vermeiden, ist dies nur in abgeschlossenen Teilnetzen möglich. Andere Dienste bekommen in RTFL Bandbreite in dem Bereich zugewiesen, der für die Echtzeit nicht benötigt wird. Hierdurch können auch im RTFL Service Laptops über TCP/IP mit den verschiedenen Geräten kommunizieren. Anders als beim RTFN agiert beim RTFL ein Teilnehmer als RD (root device). Dieser Teilnehmer initiiert eine zyklische Verbindung mit allen anderen Teilnehmern, die dann die gewünschten Daten publizieren oder abonnieren. Gleichzeitig fungiert das RD als Schnittstelle zu einem übergeordneten RTFN Netzwerk. Dezentrale und modulare Steuerungsarchitektur Die derzeit in der Industrie anzutreffenden zentralen Steuerungsstrukturen mit einer zentralen SPS für eine Fertigungszelle ist sowohl bei größeren, als auch bei kleineren Systemen nicht optimal. SafetyNet p favorisiert daher eine dezentrale Steuerungsarchitektur. Hierfür wird keine zentrale Steuerung benötigt, da die Teilnehmer autark miteinander kommunizieren. Auf diese Weise ist es möglich, die funktionalen Module einer Anlage zu verkleinern, während gleichzeitig die gesamte Anlage größer wird. Das bietet den Vorteil, dass Inbetriebnahme und Tests einfacher und übersichtlicher werden und sich letztlich der Aufwand für die Inbetriebnahme und Wartung reduziert. Zusätzlich können intelligente Systeme, wie Antriebe oder Roboter, die Steuerung von einzelnen Teilen einer Anlage mit übernehmen, ohne die Anschaffung einer zusätzlichen Steuerung für den entsprechenden Anlagenteil erforderlich zu machen. Bei der Installation der Gesamtanlage gilt es nur noch, die einzelnen Module miteinander zu koppeln und die übergeordneten Informationen (wie z. B. Anlagen Not-Aus) miteinander zu verlinken. Die Modularität bietet auch bei nachträglichen Erweiterungen oder Re-Designs die Garantie, dass die vorhandenen Systeme nicht überlastet werden, da die zusätzlichen Funktionen von den zusätzlichen Geräten abgedeckt werden. Damit entfällt die Notwendigkeit, #Erweiterungsplatz# in der Steuerung oder an den Klemmen für spätere Änderungen schon am Anfang mit zu planen und zu berücksichtigen. Offenheit Wie schon beim sicheren Feldbussystem SafetyBus p ist auch bei SafetyNet p die Offenheit des Systems durch die unabhängige Nutzerorganisation Safety Network International e.V. gewährleistet. Die Mitgliedschaft steht jedem Hersteller offen und jedes einzelne Mitglied kann Produkte für und mit SafetyNet p entwickeln und nutzen. Auf diese Weise entsteht, wie schon bei SafetyBus p, ein vielfältiges System, in das jedes Unternehmen seine besonderen Fähigkeiten einbringen kann: von Antriebsexperten über Sicherheitsexperten bis hin zu Spezialisten für Sensoren. Die Ethernet-Lösung SafetyNet p verbindet die Expertise der Mitgliedsunternehmen zu einem sicheren System.