Ergänzung bestehender Anwendungen um ein Profisafe-Netzwerk
Einfach links anreihen
Oftmals muss eine bestehende Applikation kurzfristig um einen sicherheitsgerichteten Teil ergänzt werden. Phoenix Contact bietet zu diesem Zweck ein linksanreihbares Safety-Erweiterungsmodul für seine PLCnext-Steuerungen.
 Das linksanreihbare Safety-Erweiterungsmodul bietet sich für den Einsatz in fahrerlosen Transportsystemen an.
Das linksanreihbare Safety-Erweiterungsmodul bietet sich für den Einsatz in fahrerlosen Transportsystemen an.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Im Gegensatz zum Modell RFC 4072S, das eine Betriebsführungs- und sicherheitsgerichtete SPS miteinander kombiniert, fungiert der AXC F XT SPLC 1000 – kurz SPLC 1000 – als reine Sicherheitssteuerung, die sich hauptsächlich als dezentrale Intelligenz anbietet. Das Modul nutzt das Black-Channel-Prinzip, um mit sicherheitsgerichteten Profisafe-Teilnehmern zu kommunizieren. Das ist möglich, weil die SPLC 1000 als Erweiterungsmodul für die linksseitige Anreihung an die Steuerungen AXC F 2152 und AXC F 3152 konzipiert wurde. Auf diese Weise lässt sich das Erweiterungsmodul nahtlos in das offene Ökosystem PLCnext Technology integrieren. Dieses setzt sich aus verschiedenen Bestandteilen zusammen: Neben den Steuerungen sind das eine Engineering-Umgebung, der offene Online-Marktplatz sowie der Erfahrungsaustausch in der Community.

 Das Erweiterungsmodul AXC F XT SPLC 1000 fungiert als Profisafe-Steuerung in dezentralen Anwendungen.
Das Erweiterungsmodul AXC F XT SPLC 1000 fungiert als Profisafe-Steuerung in dezentralen Anwendungen.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Umsetzung kleinerer dezentraler Applikationen

Die SPLC 1000 arbeitet als vollwertige sicherheitsgerichtete Steuerung, die das höchste Sicherheitslevel SIL3 respektive PLe erfüllt. Obwohl die SPS im Small-Scale-Bereich angesiedelt ist, beinhaltet sie zwei unabhängige diversitäre auf der ARM-Cortex-M4-Architektur basierende Prozessoren mit einer Taktfrequenz von 100MHz respektive 180 MHz. Im Vergleich mit der größeren Safety-Steuerung unterscheiden sich die Fähigkeiten der SPLC 1000 innerhalb der sicherheitsgerichteten Laufzeitumgebung nicht. Das linksanreihbare Modul unterstützt also ebenfalls sicherheitsgerichtete Datentypen oder mathematische Operationen, beispielsweise SWORD und SINT beziehungsweise Division und Multiplikation.

In einer konkreten Anwendung grenzt sich die SPLC 1000 im Wesentlichen dadurch vom RFC 4072S ab, dass sie sich für die Umsetzung kleinerer dezentraler Applikationen eignet. Während an der SPLC 1000 maximal 32 Profisafe-Teilnehmer betrieben werden können, erhöht sich die Zahl beim Remote Field Controller auf 300 Profisafe-Teilnehmer. Was die SCPUs betrifft, umfasst das Erweiterungsmodul Steuereinheiten im Small-Scale-Bereich, wohingegen der RFC 4072S über performantere Prozessoren ARM 8/ARM 9 mit einer Taktfrequenz von 600MHz beziehungsweise 800MHz verfügt.

Darstellung der an die PLCnext Control AXC F 3152 angereihten Safety-Steuerung SPLC 1000 im simultanen Betrieb als F-Host und F-Device.
Darstellung der an die PLCnext Control AXC F 3152 angereihten Safety-Steuerung SPLC 1000 im simultanen Betrieb als F-Host und F-Device.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Einsatz als Profisafe-Controller und -Device

Sinkt der Grad der Rechenintensität in einer dezentralen Anwendung, steigt hier allerdings die Notwendigkeit, weitere Kommunikationswege zu beherrschen. Zunächst einmal unterstützt die SPLC 1000 daher die vom RFC 4072S angebotene Profisafe-Übertragung. Nimmt das sicherheitsgerichtete Erweiterungsmodul die Rolle des Profisafe-Controllers (F-Host) ein, wird das Profisafe-Protokoll gemäß dem Black-Channel-Prinzip über Profinet-Controller von den AXC-Steuerungen AXC F 2152 und AXC F 3152 per Ethernet-Physik weitergeleitet. Mit dem Rückwandbus des Axio-Systems steht eine zusätzliche Möglichkeit zum Datenaustausch mit den unterlagerten Profisafe-Devices (F-Device) zur Verfügung. In diesem Fall erfolgt die Übertragung des Profisafe-Protokolls an die angeschlossenen Profisafe-Teilnehmer gemäß dem Black-Channel-Prinzip über den Axiobus.

Als erste sicherheitsgerichtete Steuerung des Anbieters besitzt die SPLC 1000 die Fähigkeit, sicher mit einem überlagerten Profisafe-Controller (F-Host) zu kommunizieren. Dies wird über die integrierte F-Device-Instanz realisiert. Dabei lassen sich alle Kommunikationswege simultan umsetzen: Als Profisafe-Controller (F-Host) kann die SPLC 1000 Daten mit insgesamt 32 F-Devices austauschen, die sich entweder über Ethernet oder den Axiobus ansprechen lassen. Zeitgleich ist der Aufbau einer Kommunikationsbeziehung mit einem übergeordneten Profisafe-Controller möglich

 Links- und rechtsseitige Modulariät: Safety-Modul, Ethernet-Erweiterungsmodul und PCIe-Switch sowie PLCnext-Steuerung und Smart Elements-Module (von links nach rechts).
Links- und rechtsseitige Modulariät: Safety-Modul, Ethernet-Erweiterungsmodul und PCIe-Switch sowie PLCnext-Steuerung und Smart Elements-Module (von links nach rechts).Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Kommunikation in zwei physisch getrennten Netzwerken

An die PLCnext-Controller AXC F 2152 und AXC F 3152 können sowohl links- als auch rechtsseitig Module angereiht werden. Für die linksseitige Erweiterbarkeit sind verschiedene Extension-Module erhältlich, zu denen ebenfalls die SPLC 1000 gehört. Technisch wird die Linksanreihung durch die standardisierte PCIe-Schnittstelle sichergestellt. Im ersten Schritt ist das Erweiterungsmodul AXC F XT EXP erforderlich, das als PCIe-Switch fungiert, der die Restriktion hinsichtlich der maximal anreihbaren Anzahl an Modulen aufbricht. Statt ein an den AXC F 2152 ankoppelbares Modul lassen sich durch den Einsatz des AXC F XT EXP jetzt drei Extension-Module anreihen. Die PLCnext-Steuerung umfasst nun neben dem AXC F XT EXP beispielsweise ein Safety-Modul AXC F XT SPLC 1000 sowie ein Modul AXC F EXT ETH 1TX als zusätzliche Ethernet-Schnittstelle, das die Steuerung um eine MAC-Adresse erweitert. Auf diese Weise kann der AXC F 2152 in zwei voneinander physikalisch getrennten Ethernet-Netzwerken kommunizieren. Das bedeutet zum Beispiel, dass die SPLC 1000 über das eingebaute F-Device Daten mit einem in einem übergeordneten Netzwerk befindlichen Profisafe-Controller austauschen kann, während ihr integrierter Profisafe-Controller (F-Host) mit den Profisafe-Teilnehmern eines unterlagerten Ethernet-Netzwerks verbunden ist. Der AXC F 3152 lässt sich somit um vier XT-Erweiterungsmodule ausbauen.

Über die rechtsseitige Anreihung kann die AXC-Steuerung durch Standard- und Safety-I/Os ergänzt werden, die über den Axioline-Rückwandbus angekoppelt sind. Die neuen, kompakten Smart Elements der Produktlinie Axioline SE ermöglichen hier eine hohe Flexibilität: An einem Modul lässt sich eine beliebige Kombination von Standard- und/oder Safety-I/Os realisieren.

 Der AXC F 3152 ist als PLCnext Control für den mittleren Leistungsbereich mit erweiterten Kommunikationsmöglichkeiten konzipiert worden.
Der AXC F 3152 ist als PLCnext Control für den mittleren Leistungsbereich mit erweiterten Kommunikationsmöglichkeiten konzipiert worden.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Geringe Baubreite für dezentrale Anwendungen

Aufgrund ihrer geringen Baubreite eignet sich die SPLC 1000 insbesondere für dezentrale Anwendungen. Das Modul nutzt hier das 45mm schmale Gehäuse, das bereits für den AXC F 2152 verwendet wird. Ein vollwertiges sicherheitsgerichtetes Steuerungssystem, das aus der SPLC 1000 und der Steuerung AXC F 2152 besteht, weist somit eine Baubreite von lediglich 90mm auf.

Fahrerlose Transportsysteme stellen ein typisches Einsatzbeispiel für diese Gerätekombination dar. In einer solchen Applikation treffen unterschiedliche, teilweise gegenläufige Anforderungen aufeinander. Einerseits soll das Gesamtsystem nur eine geringe Baubreite haben. Auf der anderen Seite muss eine dezentrale sicherheitsgerichtete Lösung vielfältige Kommunikationsmöglichkeiten, hohe Funktionalität und Modularität sowie eine hinreichende Performance bieten. Genau für derartige Anwendungsszenarien ist die Kombination aus AXC F 2152, SPLC 1000 und Smart Elements konzipiert worden. Dabei tauscht die SPLC 1000 als Profisafe-Controller (F-Host) über den Axiobus Daten mit den angeschlossenen sicherheitsgerichteten Smart Elements aus. Gleichzeitig kommuniziert das Safety-Erweiterungsmodul über die eingebaute F-Device-Instanz mit einem in der Anlage installierten zentralen Profisafe-Controller.

Programmierung in IEC61131 oder Hochsprache

In einer solchen Applikation lassen sich durch die Nutzung der PLCnext Technology weiterhin Synergieeffekte erzielen: Abgesehen von den Vorteilen der sicherheitsgerichteten Anwendung kann der Nutzer den Code für den AXC F 2152 in IEC 61131-3 sowie in Hochsprache – beispielsweise C++ oder C# – oder einem Regelalgorithmus-Modell in Matlab Simulink erstellen. Je nachdem, welche Sprache der jeweilige Nutzer präferiert, setzt sich das Programm also aus einer beliebigen Kombination verschiedener Sprachen zusammen. Als Engineering-Umgebung verwendet die SPLC 1000 – ebenso wie die sicherheitsgerichtete Steuerung innerhalb des RFC 4072S – PLCnext Engineer zur Programmierung. Das sicherheitsgerichtete Programm der SPLC 1000 befindet sich folglich im selben Engineering-Projekt wie der nicht-sichere Code der PLCnext-Steuerungen AXC F 2152 oder AXC F 3152, mit der die SPLC 1000 linksseitig verbunden ist. Das soll die Programmgenerierung deutlich vereinfachen.

Das Safety-Erweiterungsmodul SPLC 1000 kann auch links an die PLCnext-Steuerung AXC F 3152 angereiht werden. Diese SPS weist einen größeren Formfaktor als der AXC F 2152 auf, bietet jedoch deutlich mehr Performance. Darüber hinaus lässt sich der AXC F 3152 aufgrund von drei unabhängigen MAC-Adressen in unterschiedlichen Subnetzen verwenden, wobei die Übertragungsgeschwindigkeit bis zu 1GBit/s beträgt. Zudem zeichnet sich die Steuerung durch eine erheblich höhere Rechenleistung für die PLCnext-Applikation aus: Während im AXC F 2152 zwei Prozessoren ARM 9 mit einer Taktfrequenz von jeweils 800MHz verbaut sind, ist der AXC F 3152 mit dem Intel Atom E3930 Dual Core mit zweimal 1,3GHz ausgestattet. Letztendlich entscheiden die Anforderungen der Applikation, ob eine kleinere Baubreite oder eine höhere Performance der PLCnext-Steuerung erforderlich ist.

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