Identifikationssysteme einfach einbinden

Bereits heute sind Transponder und Barcodes aus der Produktverfolgung, der Erkennung eines individuellen Objektes oder der Speicherung von Daten direkt am Produkt nicht mehr wegzudenken. Der Markt bietet dementsprechend eine Vielzahl von Geräten unterschiedlicher Hersteller, deren Geräte untereinander aber nicht kompatibel sind. Ursache hierfür ist zum einen eine nicht standardisierte \’Luftschnittstelle\‘ bei den Transpondersystemen und zum anderen ein fehlender Standard für die Übertragung der Daten zwischen der SPS und den Identifikationssystemen. Konsequenz ist ein Mehraufwand bei der Bedienung und der Integration in Steuerungssysteme. Ausgangssituation Die Integration von Identsystemen in Anwendungen erfolgt bisher auf proprietäre Weise. Dafür werden unterschiedliche Schnittstellen und Protokolle eingesetzt. Innerhalb der Industrie entstand die Forderung nach einer Standardisierung. Die Profibus Nutzerorganisation hat mit dem Profil \’Identification Systems – Proxy Ident Function Block\‘ (PNO Order-Nummer 3.142, für PNO-Mitglieder kostenlos zum Download) einen Standard für die Kommunikation geschaffen. Die Vernetzung von Feldgeräten über Feldbusschnittstellen hat sich in der Automatisierungstechnik zunehmend durchgesetzt. Demzufolge hat es der Endanwender innerhalb einer komplexen Anlage in der Regel mit mehreren Gerätearten zu tun, in der die Identsys­teme eine Untergruppe bilden. Um die Interoperabilität zwischen den Systemkomponenten zu gewährleisten, reicht der Einsatz eines standardisierten Kommunikationsprotokolls allein nicht aus. Sowohl Gerätehersteller als auch Anbieter von Steuerungs-, Leit- und Engineering-Systemen müssen Absprachen bezüglich der Syntax und Semantik der auszutauschenden Daten treffen. Auf applikativer Ebene werden diese Festlegungen in so genannten Profilen getroffen. Klassische Profile beinhalten Festlegungen, die Feldgerätefunktionen wie z.B. \’Messen\‘ oder \’Stellen\‘ verbunden mit ihren Variablen und Parametern so beschreiben, dass auf diese herstellerunabhängig über den Feldbus zugegriffen werden kann. Weiterhin wird das zu nutzende Subset des Kommunikationsprotokolls durch die Profile definiert. Ident-Profil Beim Ident-Profil wurde darauf verzichtet, wie bisher üblich, die Details der Feldgeräte im Einzelnen zu beschreiben. Basis der Interoperabilität zwischen der Steuerung und den Ident-Systemen bilden Absprachen über das Kommunikationsgeschehen, die zu übertragenden Dateninhalte, aber auch über die zu verwendende Programmiersprache. Deshalb wurde im Profilarbeitskreis beschlossen, einen Gerätebaustein mit dem Arbeitstitel \’Proxy Ident Baustein (PIB)\‘ zu definieren, der den folgenden Kriterien genügt: – Spezifikation mit Hilfe der IEC61131-3, – Realisierung der Kommunikationsschnittstelle auf Basis der Profibus-Kommunikations-Funktionsbausteine (Comm-FBs), – einheitliche Schnittstelle zum Steuerungsprogramm. Hauptaufgabe der Kommunikation zwischen Ident-Gerät und Steuerungsprogramm ist der Austausch von Datenpaketen. Diese können einige Bytes (z.B. bei Barcodes) oder mehrere kBytes (bei Transpondern z.T. 32kByte) betragen. Die Zeitspanne, in der ein Transponder von der Schreib-/Lesestation (\’Interrogator\‘) bearbeitet wird, variiert im Bereich von einigen Sekunden bis hin zu Minuten. Diese Zeitspanne ist abhängig von der Menge der zu übertragenden Daten. Eine gute Performance des Gesamtsystems kann trotzdem gewährleistet werden, da im zyklischen Betrieb lediglich ein kurzes Status- bzw. Quittungstelegramm (16Bit) ausgetauscht wird, das im Wesentlichen über den Bearbeitungszustand eines Befehls im Interrogator berichtet. Die Übertragung von Befehlen, Befehlsantworten und Datenpaketen zwischen Steuerung und Ident-Gerät erfolgt azyklisch. Diese Vorgehensweise bietet zwei wesentliche Vorteile: – die Belastung des zyklischen Datenverkehrs ist gering (schnelle E/A-Baugruppen behalten ihre Reaktionszeiten, kurze Zykluszeiten auch bei vielen Profibus-Slaves), – der Datendurchsatz wird durch die bedarfsabhängige, azyklische Master/Slave-Interaktionen optimiert. Definition der Ident-Gerätesteuerung Während bei den bisher entstandenen Profibus-Profilen die Definition der geräteinternen Funktions- und Parameterstruktur im Vordergrund steht, lässt das Ident-Profil die internen Parameterstrukturen und Inhalte außer Acht. Es beschränkt sich auf die Definition der Ident-Gerätesteuerung und die Übertragungsmechanismen. Die Dateninhalte, d.h. die Bedeutung der Barcodes und der Inhalte im Transponder, sind im Steuerungsprogramm außerhalb des Gerätebausteins zu interpretieren und zu verarbeiten. Das Profil definiert für die PIB-Funktionen nur Transportmechanismen für \’Datenpakete\‘. Das heißt: Der PIB sendet oder empfängt die den Befehlen zugeordneten Datenpakete. Sind diese Datenpakete nicht in einem Telegramm übertragbar, werden sie von dem PIB paketiert. Für den PIB sind die Datenpakete vollkommen transparent. Das Profibus-Profil für Identsysteme definiert zwar ebenfalls die Art und Weise der Kommunikation zwischen Steuerung und Identsystem, legt jedoch nicht direkt die Geräteparameter fest. Vielmehr werden die Eigenschaften und Parameter eines Funktions-Bausteins be­schrieben, der ein Identsystem in der Steuerung repräsentiert. Somit wird eine einheitliche Programmschnittstelle zur eigentlichen Applikation des Anwenders für RFID-Systeme und Barcodeleser verschiedener Hersteller definiert. Der Programmierer des Steuerungsprogramms kann mit Hilfe des Proxy-Bausteins mit dem Ident-Gerät arbeiten, als ob die Identgerätefunktion von der Steuerung erbracht würde. Die Programmentwicklung kann in gewohnter Weise stattfinden, obwohl durch den Feldbusanschluss eine dezentrale Gerätekonfiguration vorhanden ist. Dieser pragmatische Nutzen der Feldbus-Technik in Profilen ermöglicht es ebenso, mit einem Ident-Gerätebaustein eine ganze Klasse von Geräten in die Steuerung einzubinden. Für die im Gerätebaustein verdeckte Kommunikation zwischen dem Master und dem Slave kommen der typische zyklische Verkehr von Profibus DP-V0 und azyklische Lese- und Schreibdienste von DP-V1 zum Einsatz. Interoperabilität unterschiedlicher Systeme Ziel des neuen Profibus-Profils für Identifikationssysteme ist es, die Interoperabilität von Systemen unterschiedlicher Hersteller zu gewährleisten. Die Basis bilden ein einheitlicher Proxifunktionsblocks in der Steuerung sowie ein einheitlicher Kommunikationsmechanismus zwischen Steuerung und Feldgerät. Dadurch können erhebliche Kosten eingespart werden. Die Vorteile dieser Art der Profildefinition nutzen bereits verschiedene Firmen und bieten Profil-konforme Geräte sowie den passenden Funktionsbaustein für die SPS an. Anwender können somit Geräte verschiedener Anbieter über ein standardisiertes Interface nutzen. Dadurch können sie Zeit bei der Inbetriebnahme sparen. Somit werden die Kosten sowohl für die Systemintegratoren als auch für die Betreiber verringert. Unterstützung bei der Geräteimplementierung und Bausteinerstellung wird durch ifak angeboten.