Die skalierbare Safety-Plattform von Hima vereint Hard- und Software auf einer Plattform mit einheitlichem Security-Konzept. Die separierten Sicherheitssteuerungen nutzen offene Standards, sind aber unabhängig und autark. Anwender können so die jeweils passende Lösung mit gängigen Leitsystemen kombinieren.
Digitale Kommunikation mit Profinet
Im Rahmen der Digitalisierung von Maschinen und Anlagen kommt der Kommunikation zwischen den verschiedenen Bereichen der Steuerungs- und Automatisierungstechnik und der Leittechnik eine immer wichtigere Rolle zu. Im Rahmen der Hima-Digitalisierungsstrategie für die funktionale Sicherheit werden gängige Standardprotokolle für die Sicherheitssysteme angeboten. Profinet als eines davon findet in vielen Branchen zunehmende Verbreitung. Um Profinet-Kommunikation für die Sicherheitssteuerungen der Serien Himax und Himatrix zu ermöglichen, wurden entsprechende Schnittstellenmodule entwickelt.
Entwicklung und Projektmanagement
Für die Entwicklung der Schnittstellenmodule für die Profinet-Kommunikation hatte das Unternehmen einen Partner gesucht. „Die Suche nach einem passenden Partner, der für uns den Controller entwickelt, war nicht ganz einfach“, sagt Produktmanager Stefan Ditting. Mit Softing Industrial Automation wurde aber ein erfahrener Entwicklungspartner gefunden, der umfangreiches Knowhow im Bereich der industriellen Kommunikation hat. Vorteil: Der Partner kümmert sich nicht nur um die ursprüngliche Entwicklung, sondern sorgt auch dafür, dass das Schnittstellenmodul stets auf dem aktuellen Stand bleibt. Gerade die Pflege bedeutet großen Aufwand, den Softing für Hima übernimmt. „Vor allem die stetige Weiterentwicklung des Protokolls durch die Nutzerorganisation hätte uns vor große Herausforderungen gestellt“, erklärt Ditting. Schließlich müssen Neuerungen dann jeweils in den Kommunikationsmodulen eingepflegt und getestet werden.
Hardwarebasierte Lösung auf FPGA-Basis
Softing hat über viele Jahre einen eigenen Software-Stack für die Profinet-Kommunikation implementiert, stetig weiterentwickelt und kontinuierlich gepflegt. Auf dieser Basis konnte die Entwicklung für die Steuerungen von Hima in kurzer Zeit umgesetzt werden. Die Lösung basiert auf einer FPGA-Hardware, die in die Geräte integriert werden kann. „Die Schnittstelle zwischen Steuerung und Controller ist dadurch sehr klar definiert“, betont Ditting. Das Interface ist als Shared Memory ausgeführt und dadurch sehr schlank. Ein weiterer Vorteil des FPGA-basierten Designs: Die verwendete Intel-Hardware ist frei konfigurierbar. Durch ladbare Prozessoren und ladbare Logik-Komponenten wie den von Softing entwickelten Ethernet-Switch ist sie einfach skalierbar, flexibel und leicht zu aktualisieren. Das gesamte Kommunikations-Subsystem des Controllers besteht aus einem binären Block mit Logik, Prozessor, Betriebssystem und zugehöriger Kommunikations-Software, der einfach integriert werden kann, ohne dass daran Anpassungen notwendig wären.
Kommunikation und Konfiguration
„Der Profinet-Controller ist insgesamt sehr anspruchsvoll“, erklärt führt Ditting aus, „weil nicht nur die reine Kommunikation, sondern auch die Konfiguration abgedeckt werden muss.“ Außerdem sind in Profinet sehr viele Features definiert. Alle benötigten Funktionen müssen implementiert und dann auch konfiguriert werden können. Durch Softings Erfahrung mit Profinet und deren Referenzimplementierung eines Echtzeit-Ethernet-Moduls RTEM II, das als Entwicklungsbasis diente, konnte die Realisierung des Controllers innerhalb des Projekts schnell und erfolgreich abgeschlossen werden.
Um die Anbindung an das bereits bestehende Host-System mit seinen Erweiterungssteckplätzen zu realisieren, musste das RTEM-II-Hardware-Design nur geringfügig angepasst werden. Der im Kommunikations-Subsystem enthaltene Industrial-Ethernet-Switch mit zwei externen Ports ermöglicht eine sehr kurze Zykluszeit und hohen Determinismus bei der Behandlung der Prozessdaten. Durch die Filterfunktionen der integrierten Firewall wird zudem die integrierte Protokollsoftware vor schädlichen Überlastungen geschützt und mit Netload Class III die höchste Stufe der entsprechenden Profinet-Konformitätsprüfungen bestanden. „Für uns ist es besonders wichtig“, so Ditting, „dass der Controller regelmäßig an die aktuellen Spezifikationen der Nutzerorganisation angepasst wird.“ Sie veröffentlicht pro Jahr zwei bis drei aktualisierte Versionen des Kommunikationsstandards. Softing aktualisiert den Controller dann auf den neuen Stand und Hima kann sich auf die Applikationsentwicklung konzentrieren.
Kooperative Zusammenarbeit
Während der Laufzeit des Projekts, in dem der Controller entwickelt und getestet wurde, haben regelmäßig Meetings und Workshops stattgefunden, um sich zwischen den Partnern abzustimmen. Neben der Entwicklung des Controllers wurden von Softing noch zusätzliche Leistungen erbracht. So etwa die Möglichkeit, ein Firmware-Update im Feld durchzuführen sowie eine Stückprüfsoftware für die Modulproduktion.
Die von Softing entwickelten Profinet-Controller sind inzwischen in den aktuellen Versionen der Himax- und Himatrix-Sicherheitssteuerungen lieferbar und arbeiten zuverlässig. Und auch die zukünftigen Weiterentwicklungen der Controller mit Softing sind schon in Planung, wie Stefan Ditting erklärt: „So würden wir z.B. gerne das Media Redundancy Protocol implementieren, das mit einer Ringtopologie eine höhere Verfügbarkeit ermöglicht.“
