Echtzeit-Ethernet-Switch unterstützt alle Protokolle

Die Industrial-Ethernet-Rap-ID-Plattform von Innovasic zur einfachen Integration von Echtzeit-Industrial-Ethernet-Funktionalität ist zertifiziert nach Profinet und Ethernet.Innovasic

Langfristig werden Industrial-Ethernet-Protokolle die seriellen Feldbusprotokolle ablösen. Sensor-Feldbusse wie IO-Link oder HART kommen sicherlich noch einige Zeit zum Einsatz. Auf lange Sicht wird Ethernet aber auch in diesen Bereich eindringen. Im Vergleich zu Feldbussen verfügt Ethernet über zahlreiche Vorteile unter anderem bezüglich Flexibilität, Kompatibilität und beim Netzwerkmanagement.

Moderne Industrial-Ethernet-Systeme zeichnen sich durch hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit aus. Die industrielle Praxis zeigt, Entwickler bevorzugen in der Regel die freie Wahl des Mikrocontrollers, statt einen reinen Kommunikationscontroller einzusetzen. Zudem wollen sie mit einer Hardware alle gängigen Protokolle abdecken. Natürlich wirken sich diese Cross-Market-Lösungen auch auf den Preis der Module aus, da es nicht mehr erforderlich ist, für jedes einzelne Protokoll einen Spezialchip zu entwickeln.

Mit einer Hardware alle gängigen Protokolle abdecken

Mit dem Echtzeit-Ethernet-Switch Fido5000 REM lassen sich sämtliche Industrial-Ethernet-Protokolle realisieren. Der Baustein arbeitet mit jedem Prozessor zusammen, zum Beispiel mit den ARM-CPUs oder dem Kommunikationscontroller Fido1100 von Innovasic. Auf einer einzigen Siliziumlösung bietet der REM-Switch Support für alle gängigen Industrial-Ethernet-Protokolle. Dazu gehören Profinet, Profinet IRT (Version 2.3), Ethernet/IP, Ethernet/IP mit Beacon-basierendem DLR, Modbus-TCP, Ether-CAT, Sercos und Powerlink. Der Multiprotokoll-Baustein ist das Herz der Rap-ID-Plattform zur kostenoptimierten Integration hochleistungsfähiger Echtzeit-Industrial-Ethernet-Funktionalität.

Innovasic setzt heute den Schwerpunkt auf Profinet, das einen schnellen und sicheren Datenaustausch zwischen Feldgeräten unterschiedlicher Hersteller ermöglicht. Neben der I/O-Kommunikation ist der direkte Zugriff auf TCP/IP zur Übertragung großer Datenmengen wie Qualitäts- und Tracebility-Informationen erlaubt. Ein deterministisches Verhalten stellt die Priorisierung der Ethernet Messages sicher. Industrial-Ethernet-Lösungen wie Profinet integrieren Diagnose- und Alarmfunktionen und sorgen für eine schnelle Inbetriebnahme und optimierte Maschinenwartung.

Die Organisation Profibus & Profinet International (PI) definiert und unterstützt den Profinet-Standard. Unter anderem legt die PI die Rahmenbedingungen für eine Zertifizierung neu entwickelter Profinet-Produkte fest, um das zuverlässige Zusammenspiel aller Komponenten und Systeme zu gewährleisten. Zudem passt sie die Testvorgaben ständig den Anforderungen der Praxis an. Die Überprüfung durch ein unabhängiges PI-Testlabor reduziert das Designrisiko zukünftiger Feldbusgeräte-Entwicklungen. Dabei dokumentiert das Testlabor auch den Stand der Implementation. Das praktische Zusammenspiel unterschiedlicher Controller und Devices verschiedener Hersteller lässt sich auf einem Plugfest prüfen, eine einmalige Gelegenheit, die sich kein Entwickler entgehen lassen sollte. Anpassungen an fortgeschriebene Spezifikationen und kontinuierliche Verbesserungen des Produkts erfordern eine fortlaufende Zertifizierung durch den Technologielieferanten.

Seit der Profinet-Spezifikation V2.3 ist der Load-Test Pflicht. Dieser überprüft die Auswirkungen zusätzlicher Netzlast auf die Profinet-Implementierung. Je nach Grad der geforderten Robustheit und Zuverlässigkeit unterscheidet man Net Load Klassen I und III, mit der kommenden Spezifikation 2.32 kommt eine neue Klasse II hinzu. Class III stellt die höchste Kategorie dar, das bedeutet, dass die Feldgeräte auch bei sehr hoher Netzlast ein Höchstmaß an Robustheit und Zuverlässigkeit aufweisen. Da heute der Sicherheitsaspekt in Produktionsnetzen immer mehr an Bedeutung gewinnt, gilt es, die Robustheit auch unter extremen Bedingungen sicherzustellen. Um den Load-Test mit Class III zu bestehen, ist eine spezielle Hardware-Unterstützung erforderlich. Ansonsten wäre eine langwierige Optimierung der Software oder eine Überdimensionierung des Feldgerätes nötig. Den Load-Test verfolgt maßgeblich die PI Security Workgroup, in der unter anderem auch Innovasic mitarbeitet.

Robustheit unter extremen Bedingungen sicherstellen

Einzelne Zeitintervalle steuern die Echtzeitverarbeitung bei Profinet IRT. Deshalb spielt die Einhaltung des Timings eine große Rolle und dies ist nur durch eine exakte Synchronisierung aller im System verteilten Uhren realisierbar. Die von Innovasic entwickelte Priority-Channel-Technologie stellt sicher, dass die Echtzeit-Industrial-Ethernet-Messages rechtzeitig abgearbeitet werden – unabhängig vom Protokoll und der Netzauslastung.

Innovasic hat die neue Version ihres Rap-ID Platform Network Interface bereits für Profinet IRT und RT nach Profinet v2.31 für Class B- und C-Geräte zertifiziert. Die Zertifizierung umfasst die Konformität mit dem höchsten Level des Network Load Testing, Net Load Class III. Dabei beinhaltet das Netzwerk-Interface alle notwendigen Funktionen zur Teilnahme an einem Profinet-IRT- und RT-Netzwerk. Der Host-Prozessor ist über einen UART oder eine parallele 16-Bit-Schnittstelle mit dem Netzwerk-Interface verbunden. Auf dem Software Layer ist der Host an die Unified Interface API von Innovasic angeschlossen. Neben Standard-Alarm- und Diagnosefunktionen umfasst das Produkt auch DCP, LLDP, SNMP und VLAN-Priority-Netzwerk-Management-Protokolle. Damit werden die Erkennung der Netzwerktopologie und der Ersatz einfacher Geräte leicht ermöglicht. Legacy Start-up und Advanced Start-up sind innerhalb eines IRT-Netzwerks unterstützt. Der Webserver erlaubt Nutzern, die Webseiten dynamisch nach ihren Wünschen zu ändern. Das Rap-ID-Platform-Profinet-IRT-Netzwerkinterface steht als Modul oder Embedded-Design zur Verfügung.

Darüber hinaus hat Innovasic die Rap-ID-Plattform nach Ethernet/IP CT11 für Beacon-basierende DLR-Geräte zertifiziert. Zusätzlich vom Hersteller durchgeführtes Network Load Testing stellt sicher, dass Zykluszeiten bis hinab zu 2 ms unempfindlich sind gegen durch den Netzverkehr verursachte Auswirkungen.

Das Rap-ID-Platform-Ethernet/IP-Netzwerkinterface mit DLR steht als Modul oder Embedded-Design zur Verfügung. Zum Paket gehören alle Funktionen, die notwendig sind, um an einem Ethernet/IP-Netzwerk mit einer Star-, Linien- oder Ringtopologie teilzunehmen. In Ringtopologien unterstützt das Produkt Bacon-Intervalle bis hinab zu 100 µs und Ring-Recovery-Zeiten von weniger als 3 ms für ein Netzwerk mit 50 Knoten. Darüber hinaus sind Funktionen wie Quick Connect und Address Conflict Detection (ACD) sowie Large Forward Open vorhanden. Es unterstützt alle Standard Objects, das File Object lässt sich zur Einbettung eines EDS File nutzen. Zusätzlich ist ein Webserver vorhanden, über den Nutzer kundenspezifische dynamische Webseiten erstellen können. Insgesamt erlaubt das Rap-ID Platform Network Interface eine schnelle und effektive Integration von Industrial-Ethernet-Protokollen wie Profinet oder Ethernet/IP.

(ah)