Protokollunabhängige Geräteentwicklung

IPC spricht Sprache des Feldes

Im Zeitalter zunehmender Vernetzung müssen auch Industrierechner mit immer mehr unterschiedlichen Feldgeräten verbunden werden. Bei der Vielzahl der bestehenden Busse ist das eine große Herausforderung für die Hersteller, erfordert doch die herkömmliche Vorgehensweise für jedes Protokoll eine eigene Hardware mit jeweils eigener Programmierschnittstelle. Die IPC-Hersteller wollen sich jedoch nicht mit den Details einzelner Protokolle auseinandersetzen. Eine Modullösung mit definierter Schnittstelle bietet jetzt einen eleganten Ausweg. Steckkarten mit standardisierten Hardwareschnittstellen erlauben eine einfache, flexible Integration für unterschiedliche Hardware und Protokolle nach Kundenwunsch und das sogar mit der Möglichkeit zertifizierte Produkte zu erstellen.


Artikelserie: Zukunftsfähig vernetzen

SPS-MAGAZIN 9/2018: In der Maschine (Teil 1)

SPS-MAGAZIN 10/2018: In der Anlage (Teil 2)

SPS-MAGAZIN 11/2018: Standortübergreifend (Teil 3)

Komplizierte Aufgaben autark zu lösen ist die Domäne von IPC in vielen Automatisierungsbereichen. Sie laufen meist mit Standardbetriebssystemen (Linux oder Windows), werden aber zunehmend über entsprechende, standardisierte Kommunikationssysteme mit übergeordneten Steuerungen verbunden. Entsprechend steigt die Anforderung, dass die Geräte unterschiedliche OT-Protokolle unterstützen. Produkte aus der Ixxat-Inpact-Familie bieten hier eine flexible und kostengünstige Möglichkeit: Die Steckkarten arbeiten mit Anybus-Technik von HMS und unterstützen bis zu sieben industrielle Kommunikationsstandards: fünf Industrial-Ethernet- und zwei Feldbusprotokolle. Das erlaubt eine einfache und flexible Integration für unterschiedliche Hardwarelösungen. Die Anbindung von Geräten oder Subsystemen als Slave an übergeordnete Netzwerke gelingt damit ebenso leicht wie die Prozessdatenvisualisierung in Leitständen oder die Erfassung selbst großer Datenmengen in Prüf- und Testsystemen. Dabei ist die Lösung so flexibel, dass sich Busprotokolle einfach austauschen lassen. Die Programmierschnittstelle bleibt dieselbe.

Flexible Dolmetscherfamilie

Die Karten gibt es in drei Versionen für die in den meisten Hardwarelösungen vorgesehenen, standardisierten Schnittstellen PCIe, PCIe Mini und M.2. Die dedizierte Kartenversion ist mit einem vorinstallierten Netzwerkprotokoll ausgestattet. Alternativ kann bei der CE-Version dagegen das jeweils gewünschte Protokoll vom Anwender selbst geflasht werden. Damit ist der einfache Wechsel zwischen den verfügbaren Industrial-Ethernet-Protokollen möglich. Momentan werden Ethercat, Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet und Powerlink sowie Profibus und Devicenet unterstützt. Dabei ist jeweils die Funktionalität als Slave für die jeweiligen Protokolle implementiert. Eine Erweiterung um CC-Link ist in Vorbereitung. Alle Karten arbeiten unter Windows und Linux, eine Unterstützung für Echtzeitbetriebssysteme wie RTX, Intime, VxWorks und QNX ist auf Anfrage verfügbar. Die transparente, einheitliche C-Programmierschnittstelle der Ixxat Inpact erlaubt eine Softwareentwicklung auf den Geräten unabhängig vom Netzwerkprotokoll. Möchte ein Kunde das Gerät in einer Umgebung mit einem anderen Busprotokoll einsetzen, ist der Entwicklungsaufwand sehr gering. Die Bandbreite der Anwendungen für die neuen Protokollübersetzer ist groß und reicht von Herstellern von Operator Panels, komplexen Messeinrichtungen, hochwertigen Analyse- und Handhabungssystemen bis hin zu Testsystemen. Im Folgenden dazu ein paar Beispiele.

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Automatisierungsgeräte vernetzen

Komplexe Berechnungen z.B. für komplizierte Motion-Anwendungen werden heute oft vor Ort von leistungsfähigen IPC auf Befehl einer SPS durchgeführt. Auch Messverfahren mit komplexer Auswertung der eingehenden Daten ist mit den leistungsfähigen IPC heute Standard. Dieser meldet dann die ermittelten Ergebnisse bzw. einen Messwert an die SPS zurück. Der IPC-Rechen-Power von Standardsystemen fehlt aber oft die nötige leistungsfähige Schnittstelle zum Feld. Mit den Inpact-Karten können nun je nach Hardware- und Feldbusanforderung geeignete Schnittstellen für die jeweilige Anwendung integriert werden. Die hohe Leistung der Karten erlaubt dabei eine große Datenübertragungsrate. Je nach Anwendung sind hier auch zyklische I/O-Daten mit sehr kleinen Zykluszeiten zu bewältigen, z.B. zu Sensoren mit hohen Abtastraten. Auch azyklische Daten wie Algorithmen oder Audit-Infos werden auf diese Weise schnell übertragen.

Operator-Panels

In modernen Panel-PCs arbeitet meist ein Industrierechner, der bei kleineren Anlagen auch die komplette Steuerung übernehmen kann. In einigen Fällen ist es notwendig, dass der Panel-PC direkt auf Prozessdaten von Sensoren und Aktoren zugreift, was einen erheblichen Entwicklungsaufwand verlangt. Auch in diesem Fall wird der Hersteller durch die Inpact-Module unabhängig von spezieller Netzwerkhardware und den zugehörigen Protokollen. Die jeweils geforderte Kompatibilität mit dem Netzwerk vor Ort wird einfach per Steckkarte installiert, das ermöglicht dem Gerätehersteller ein breites Produktportfolio bei geringer Entwicklungszeit und -kosten.

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Edge Gateways

Edge Gateways arbeiten als leistungsfähige Bindeglieder im IoT und übernehmen sozusagen die Vermittlerrolle zwischen IT und OT. Sie erfassen dazu Informationen über den Produktionsprozess und die beteiligten Geräte. Nach entsprechender Aufbereitung und Auswertung der Daten werden diese dann den vorgesehenen Applikationen in der IT-Welt zur Verfügung gestellt. Als Schlüsselelemente liefern sie die Datengrundlage für alle weiteren Operationen, z.B. komplexe Berechnungen für vorbeugende Wartung. Daher muss das Edge Gateway selbst robust, zuverlässig (fern)wartbar und diagnostizierbar sein, Voraussetzungen die ein IPC als Basis von Hause aus mitbringt. Was fehlt ist die Möglichkeit der flexiblen Integration in bestehende und zukünftige OT-Strukturen. Inpact-Karten schließen diese Lücke, denn sie bieten die Möglichkeit auch große Datenmengen über sieben verschiedene Protokolle mit einer beliebigen PC-Hardware zu übertragen. Firmwareupdates seitens HMS bieten dem Gerätehersteller eine immer aktuelle Software. Die Abfrage von Diagnoseinformationen über das verfügbare API erlaubt eine nahtlose Einbindung in entsprechende Maintenance-Lösungen.

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