Ganzheitliche Industrial- Ethernet-Lösungen

Als Lösungsanbieter für durchgängige Automatisierungssysteme konzentriert sich Schneider Electric auf drei Netzwerke, die sogenannten Kernnetzwerke. Diese sind AS-Interface für die Aktor-Sensor-Ebene, CAN – insbesondere in Hinblick auf den Maschinenhersteller-Markt – und vor allem Ethernet. Alle Komponenten, die für das Zusammenspiel in ganzheitlichen Schneider Electric Lösungen konzipiert sind, kommunizieren über diese Netze. Darüber hinaus ergänzen Anschaltungen an weitere Netze wie Profibus DP/PA, FoundationFieldbus und Hart die Kommunikationsfähigkeit und ermöglichen so Offenheit für den Anwender. Ethernet als Kernnetzwerk Insbesondere Ethernet wird die Automatisierungswelt noch weiter durchdringen, um tiefer in die Aktor-Sensor-Ebene zu wachsen und zugleich eine transparente Anschaltung an die übergeordneten IT-Welten wie MES oder ERP zu ermöglichen. Die Vorteile von Ethernet für Automatisierungsaufgaben wurden bereits in der Vergangenheit verifiziert: singuläre Verkabelung, einfache Konfiguration, transparente Kommunikation, Parallelbetrieb verschiedener Protokolle z.B. für In-Prozess-Kommunikation, Programmierung und Visualisierung, Webzugriff auf Automatisierungskomponenten zur Diagnose. Schneider Electric verwendet für ganzheitliche Lösungen die Protokolle Modbus-TCP und Ethernet/IP. Als Mitglied im Vorstand der ODVA hat sich das Unternehmen für die \’Verheiratung\‘ von Modbus-TCP und Ethernet/IP unter dem Dach der ODVA eingesetzt und wird zukünftig beide Industrial-Ethernet-Protokolle für durchgängige und ganzheitliche Automatisierungslösungen parallel anbieten. Der Vorteil beider Protokolle liegt in der 100%igen Standard-TCP/IP-Nutzung, wobei Modbus-TCP ein einfaches und flaches Protokoll und Ethernet/IP ein objektorientiertes Protokoll ist. Ethernet/IP basiert auf der Common Industrial Protocol-(CIP)-Familie. Damit können zukünftig verschiedene CIP-Protokolle genutzt werden. Darüber hinaus ermöglichen Geräteprofile Plug&Play für herstellerübergreifende Interoperabilität, und das Publisher-Subscriber-Kommunikationssystem von Ethernet/IP reduziert die Netzlast im Vergleich zum Standard Client-Server-Modell von Modbus-TCP. Beide Protokolle verfügen über das weltweit größte Marktvolumen. Die unternehmenseigene Formel für Ethernet basiert auf unmodifiziertem Ethernet plus Standardprotokollen und Softwareinteg­ration mittels FDT/DTM. Das ermöglicht einen einfachen, lösungsorientierten Ansatz; und es besteht ein großes Angebot an Produkten. Netzwerk der Zukunft Ethernet/IP ist bereits in vielen Schneider Electric-Produkten implementiert. So ist das Protokoll in den SPS der gehobenen und hohen Leistungsklassen – Modicon Premium und Modicon Quantum – genauso verfügbar wie in den Frequenzumrichtern Altivar, Magelis-HMIs und dem Scada-System Vijeo Citect sowie in dem dezentralen E/A-System Advantys STB. Die SPS-Module kommunizieren dabei über die CIP-Protokolle \’Implicit Messaging\‘ (Class 1) und \’Explicit Messaging\‘ (Class 3). Explicit Messaging dient dem spontanen Senden von Nachrichten von einem Device aus. Implicit Messaging dient zum Lesen von Daten eines Zieldevices (genannt Adapter) – z.B. E/A oder SPS – von einem anfragenden Device (in der Regel einer SPS) aus (genannt Scanner). Im Gegensatz zum Modbus-TCP-E/A-Scanner werden beim Implicit Messaging Daten abonniert, um die Netzlast zu reduzieren. Außerdem ermöglichen Priorisierungsmechanismen in Managed Switches eine Optimierung und somit Performancesteigerung der Kommunikation. Einfache Konfiguration Zur Konfiguration aller Geräte setzt Schneider Electric mit der nächsten Generation der Projektierungs- und Programmiersoftware Unity Pro auf die FDT/DTM-Technologie. Ein Device Type Manager (DTM) ist im Prinzip ein Treiber. Der Mechanismus lässt sich mit der Kopplung eines Druckers an ein Betriebssystem vergleichen. Hier benötigt man ebenfalls einen Treiber, der die Daten für einen Druckauftrag für den Drucker aufbereitet. Ebenso könnten aber auch Diagnoseinformationen wie Tintenstand oder der Betriebszustand dem Benutzer über ein Graphical User Interface (GUI )mitgeteilt werden. Der DTM umfasst alle Funktionen, die Struktur, die Parametrierung sowie die GUI inklusive einem Hilfesystem für ein bestimmtes Feldgerät oder eventuell eine Gerätefamilie. Hinter dem Begriff Field Device Tool (FDT) steht nicht ein bestimmtes Programm, sondern eine Schnittstellendefinition. Im Beispiel Druckertreiber kann dieser nur von einem Textverarbeitungsprogramm angesprochen werden, wenn die Schnittstellen zwischen Anwendung, Betriebssystem und Treiber klar definiert sind. Damit alle DTMs von verschiedenen Herstellern in jedem Container korrekt funktionieren, müssen die Schnittstellen zum umgebenden System sowie zu anderen DTMs klar definiert werden. Diese Schnittstellendefinition wird FDT genannt. Mit der Integration dieser Technologie erlangt Unity Pro eine neue Dimension der Durchgängigkeit. Offen für Feldbusse Neben der Konfiguration der Ethernet/IP-Kommunikation und -Devices dient die FDT/DTM-Technologie insbesondere der Konfiguration der Feldbusanschaltungen. Das demnächst erscheinende, neue Remote Master-Modul zur Anschaltung eines Profibusses an eine Schneider Electric-Automatisierungslösung lässt sich so einfach und durchgängig konfigurieren wie ein Rack-Modul, aber unabhängig davon, mit welchen Modicon-SPS es zusammenspielen muss und wo es im Automatisierungsnetzwerk installiert wird. Ebenso einfach gelingt in modernen Automatisierungsarchitekturen die Integration weiterer Feldbusse wie FoundationFieldbus oder Modbus Plus. Darüber hinaus ist die Integration von Hart-Geräten mit dem HRM2008-Modul möglich, mit dem Konfigurations- und Asset-Management-Sys­teme die Hart-Informationen über Modbus-TCP, OPC und COM-Port erreichen. Flexible Topologien Durch die weitere Fokussierung auf Ethernet als durchgängiges Kernnetzwerk für alle Bedarfe ergeben sich flexible Möglichkeiten für die Kommunikationsarchitektur des Automatisierungssystems. Die Ethernet-Kommunikation steht im Mittelpunkt einer modernen Architektur. Dabei kann das Ethernet in beliebigen Topologien ausgeprägt sein: Stern- oder Baumstruktur, hochverfügbar als Ring oder Doppelring mit Lichtwellenleiter – auch für große Entfernungen. Die Anschaltung der Devices, Remote-I/O im abgesetzten SPS-Rack oder verteilte E/A über Daisychain oder Daisychain-Ring ermöglichen eine weitere Steigerung der Flexibilität und Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Einsparung von Komponenten (Switches). Durch die SPS- und ortsunabhängige Anbindung der Feldbusse mit Remote Gateways ist die maximale Flexibilität bei Bus-, Komponenten- und Topologieauswahl gegeben. Tools und Dienste Wenn Ethernet gleichzeitig als Prozess- und Leitebenennetzwerk fungiert, wird die Überwachung und Analyse des Netzwerks immer wichtiger. Hier ergänzt ConneXview als Ethernet-Diagnosesoftware das Lösungsangebot mit den Diensten Analyse und Monitoring des Ethernet-Netzwerks und der Devices mittels Simple Network Management Protocol (SNMP), Modbus-Protokollanalyse, allgemeine und gerätespezifische Alarme sowie eine alarmbezogene Online-Hilfe zur Problemlösung. Neben SNMP unterstützen weitere Ethernet-Dienste wie z.B. Zeitsynchronisation (mittels NTP) oder Faulty Device Replacement (FDR), die von vielen Automatisierungskomponenten bereitgestellt werden, einen verlässlichen Betrieb des Automatisierungssystems. Die vielfältigen Web-Dienste der SPS-Module für Visualisierung & Diagnose, E-Mail-Alarming, WebServices (SOAP-XML-Schnittstelle) und Datenbankanbindung ergänzen die Ethernet-Dienste. Ganzheitlicher Lösungsansatz Schneider Electric unterstützt die Verbreitung von offenen Standards wie Ethernet und Webtechnologien in der Automatisierungswelt schon immer. Mit dem hier dargestellten Ausbau dieser Aktivitäten unter Berücksichtigung aktueller Ansätze im Bereich offener Protokolle der Ethernet/IP-Protokollfamilie, standardisierter Konfiguration mit FDT/DTM und flexiblen Architekturen wie Daisychain wird eine ganzheitliche Lösung für offene Ethernet-basierte Automatisierung ermöglicht.