Industrial Ethernet ist in der Industrie weit verbreitet und findet jetzt seinen Weg in die Prozessinstrumentierung. Bei Neuanlagen und mehr noch bei der Modernisierung bestehender Anlagen werden verstärkt Remote I/O eingesetzt, da hierdurch gegenüber der traditionellen Instrumentierung Einsparungen möglich sind. Das gilt in besonderem Maße, wenn Asset Management-Funktionalitäten genutzt werden, um Informationen über vorbeugende Wartung oder zur Vermeidung unnötiger Serviceeinsätze zu sammeln. In der Vergangenheit basierte deren Kommunikation auf der RS485-Hardware mit Profibus oder Modbus-Protokoll. Jetzt ist das Industrial Ethernet auf dem Vormarsch. Zum Leidwesen der Anwender bietet das Ethernet kein einheitliches Protokoll, das alle Hersteller in gleicher Weise nutzen. Zurzeit sind mehrere Ethernet-Protokolle nebeneinander im Einsatz. Dazu gehören u.a. Ethernet IP, Foundation Fieldbus HSE, Modbus TCP und Profinet. Das erschwert es den Endanwendern, sich für diese Technologie zu entscheiden. Es bestand die Hoffnung, dass HSE mit dem Foundation Fieldbus-Protokoll zum Industriestandard für Ethernet werden könnte. Es haben sich jedoch noch nicht alle Hersteller von Prozessleitsystemen (PLS) für dieses Format entschieden. Außerdem ist die Spezifikation für HSE Remote I/O erst noch in Vorbereitung. Zudem gibt es keine Feldgeräte mit direktem Ethernetzugang. Daher ist es sinnvoll, Remote I/O mit dem verbreiteten Modbus TCP-Protokoll auszustatten, das von Herstellern der Prozessleitsysteme wie ABB, Emerson, Hima, Honeywell, Schneider Electric, Siemens und Yokogawa unterstützt wird. Ethernet Remote I/O-Slaves Die Feldbustechnik hat im Laufe der vergangenen zehn Jahre an Bedeutung gewonnen. Hunderttausende Remote I/O-Module sind weltweit im Einsatz. Jetzt wird ein weiterer Meilenstein erreicht. Ethernet Remote I/O nutzt vorhandene, betriebsbewährte I/O-Module, die alle für die Prozessinstrumentierung erforderlichen Funktionalitäten an das Industrial Ethernet ankoppeln. Ethernet Remote I/Os ermöglichen die Kombination analoger und binärer Signale im selben Slave. Sie unterstützten Namur- oder Schaltsignale und Magnetventilausgänge sowie Temperatureingänge oder die Speisung von Zwei- oder Vier-Leiter Transmittern, Proportionalventilen und Positionern. Der modulare Ansatz führt zu einer kompakten Lösung mit bis zu 184 Binärsignalen oder 80 analogen E/As oder einer Kombination von analogen und binären E/As. Module können innerhalb dieses Rahmens jederzeit ergänzt werden. Daraus ergibt sich eine modulare Erweiterbarkeit für jeden Bedarf. Es stehen Gehäuse in Kunststoff oder Edelstahl zur Verfügung, um dem Anwender zugeschnittene Lösungen bieten zu können, die auf Standards aufbauen, damit die Produktion schnell auf die Anforderungen reagieren kann und die Kosten im Rahmen bleiben. Ethernet Remote I/O verhält sich wie jeder andere Ethernet-Teilnehmer. Es verwendet für den Explosionsschutz einen Ex e-Busanschluss in Zone 1 oder \’Ex nA\‘ in Zone 2 so wie es auch dem traditionellen RS485-Profibus entspricht (Bild 2). Die Feldstromkreise sind vollständig galvanisch vom Ethernet getrennt und entkoppelt. Daher haben Wartungsarbeiten an den Feldstromkreisen keinen Einfluss auf Nachbargeräte oder den Bus. Ein Kurzschluss an einem Ein- oder Ausgang beeinträchtigt andere Kanäle in keiner Weise. Module und Gateways können gesteckt oder entnommen werden, ohne das Ethernet-Netzwerk zu gefährden. Integration durch FDT/DTM Die Integration der Ethernet Remote I/Os in passende Leitsysteme wird durch die FDT-Technologie (field device tool) und zertifizierte DTMs (device type manager) erreicht. So kommt man zu einem einfach zu handhabenden Konfigurationswerkzeug, das Teil der Prozessleitsystem-Bedienoberfläche ist und sich wie andere mit DTM eingebundene Geräte verhält. Sollte dieses Tool auf der Systemseite nicht zur Verfügung stehen, können andere handelsübliche FDT-Rahmenapplikationen eingesetzt werden, die diese Technologie unterstützen und Import- und Export-Funktionen zur Systemintegration bieten. Pactware ist dabei eine Möglichkeit. Vorteile von Ethernet Ethernet ist in der Lage, große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit zu transportieren und Real Time-Applikationen zu unterstützen. Im Prinzip ist das Modbus TCP-Protokoll geeignet, diese Anforderungen zu erfüllen. Die Modbus-Telegramme werden in TCP-Pakete eingebunden und über Ethernet verbreitet. Der Physical Layer basiert auf handelsüblichen verdrillten Leitungen mit Switches und LWL-Verbindungen zur Überbrückung großer Distanzen. Modbus TCP kann Multi Master-Operationen mit mehreren Controllern oder Scada-Systemen durchführen, die gemeinsamen Slaves mit analogen und binären Ein- bzw. Ausgängen nutzen. Ethernet-Netzwerke bieten Ringtopologien, die redundante Strukturen für die bestmögliche Zuverlässigkeit aufbauen. Ethernet lässt sogar den gleichzeitigen Betrieb von Ethernet/IP- und Modbus TCP-Protokollen auf derselben Infrastruktur zu. Die Kombination der Ethernetttechnologie mit FDT/DTM ermöglicht es darüber hinaus, Hart-Feldgeräte über dasselbe Netzwerk anzusprechen. Selbst wenn der Master nicht in der Lage ist, Hart-Protokolle zu verarbeiten, kann ein separater Bedienplatz (Workstation), der mit einer FDT-Rahmenapplikation ausgestattet ist, diese Aufgabe erfüllen. Industrial Ethernet-Geräte können so gebaut werden, dass sie die Anforderungen der europäischen Atex-Richtlinie an die Explosionsschutzart Ex e (erhöhte Sicherheit) erfüllen. Viele Geräte haben auch eine Class 1, Division 2-Zulassung zur Installation des Standard-Ethernets im explosionsgefährteten Bereich. Eine flexible Topologie gilt als wichtige Voraussetzung für Anwendungen in der Prozesstechnik. Das Ethernet erfüllt diese Anforderungen und unterstützt verschiedene Topologien wie, z.B. lineare, sternförmige, baumartige, ringförmige und vermaschte Netzwerke mit Kupfer oder optischen Signalstrecken. Neue Wege erschließen Industrial Ethernet fügt Remote I/O eine neue Dimension hinzu, um alle Arten von eigensicheren Ein- und Ausgängen an Prozessleitsysteme anzubinden, wie sie in der chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Industrie aber auch im Öl und Gasbereich eingesetzt werden. Die Vorteile liegen nicht nur in der anlagenweiten Nutzung der Ethernet-Technologie, sondern auch in der einfachen Weise, wie die Slaves in die Prozessleitsystem- oder SPS-Umgebung eingebunden werden können.
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