IT-Infrastruktur 28.11.2008, 19:38 Uhr

Industrial Ethernet verbreitert Datenautobahnen der Fabrik  

VDI nachrichten, Nürnberg, 28. 11. 08, Si – Das schnelle und präzise Erkennen von Störungen ist eine Stärke von EtherCAT. Auf dem Kongressblock „Industrial Ethernet“ zeigten Automatisierungsexperten während der Messe SPS/IPC/Drives vom 25. bis 27. November in Nürnberg die Vorteile der leistungsfähigen Kommunikationstechnologie für die Steuerung von industriellen Bearbeitungsprozessen auf.

Florian Häfele von der Nürnberger Ethercat Technology Group erläuterte auf dem Kongressblock Industrial Ethernet in Nürnberg eine ethernetbasierte Kommunikationstechnologie, die für spezielle Anforderungen der modernen Automatisierungstechnik optimiert wurde. Mit ihr lassen sich Standard-Ethernet-Kabel verwenden, wie sie bereits aus dem Bürobereich bekannt sind. Der Ethercat-Adressraum bietet den Automatisierungsspezialisten die Möglichkeit zur Adressierung von über 65 000 Geräten.

Viele Automatisierungslösungen erforderten heutzutage eine Änderung der Konfiguration von Ein- und Ausgängen (I/O) während des laufenden Betriebes, so Häfele. Dazu zählte der Experte Bearbeitungszentren mit wechselnden, sensorbestückten Werkzeugsystemen oder Druckmaschinen, bei denen einzelne Druckwerke abgeschaltet werden. EtherCAT biete hier viele Vorteile, wie beispielsweise den Einsatz von „Hot Connect“. Häfele: „Diese Funktion erlaubt es, Teile des Netzwerkes im laufenden Betrieb an- und abzukoppeln, umzukonfigurieren und so flexibel auf wechselnde Ausbaustufen zu reagieren.“

Auch Hot Swap sei bei EtherCAT kein Problem, etwa wenn es bei komplexen Geräten zum Austauschfall komme und ein Ersatzgerät auf die Schnelle identisch parametriert werden müsse. Denn bei Geräten mit Hot-Swap-Funktionalität würden die Parameterdaten einfach im Master gespeichert und automatisch beim Einschalten auf das Gerät gespielt. Für Kabelredundanz sei bei EtherCAT gesorgt, weil das Telegramm auf zwei Netzwerk-Ports versandt werde.

Mit den Anforderungen fehlertoleranter numerischer Steuerungen an moderne Kommunikationssysteme befasste sich auf dem Kongress Hans-Peter Bock vom Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart. Das Institut erarbeite dazu in einem aktuellen Forschungsvorhaben ein durchgängiges Konzept. Denn numerische Steuerungssysteme kommen laut Bock inzwischen nicht mehr nur in den klassischen Anwendungsgebieten wie bei Fräs- oder Drehmaschinen zum Einsatz, sondern steuerten mittlerweile auch Fahrgeschäfte auf Jahrmärkten oder Operationsassistenten in der Chirurgie.

„Der sicherheitsgerichtete Ansatz, der eine Maschine bei Erkennen eines Fehlers umgehend durch Stillsetzen in einen sicheren Zustand bringt, reicht hier nicht mehr aus,“ verdeutlichte Bock die höheren Anforderungen, die diese neuen Anwendungsgebiete an die Steuerungssysteme stellten. Bei Fahrgeschäften etwa hätte dies zur Folge, dass Fahrgäste längere Zeit in unbehaglicher Position ausharren müssten. Und bei medizinischen Operationsassistenten hätte ein Ausfall zur Folge, dass sich die Operation für die Patienten in die Länge ziehen würde.

Für derartig anspruchsvolle SPS-Anwendungen gebe es inzwischen mit Triple Modular Redundancy eine fehlertolerante Variante mit dreifacher Redundanz. Für numerische Steuerungen hingegen existiere bisher nur eine einzige fehlersichere Variante: Einen Reaktionsmanager, so Bock, der die eigenen berechneten Werte mit den Werten der jeweils anderen Steuerung vergleicht. Stelle dieser zu große Differenzen fest, könne er der Aktorik selbständig die Freigabe entziehen.

Das Problem der Fehlerlokalisierung wird in sicherheitsrelevanten Anwendungsbereichen wie der Steuerung von Flugzeugen durch Mehrfach-Redundanz gelöst: Die berechneten Werte aller Steuerungen werden dabei von einem „Voter“ verglichen. Dieser bildet einen Mehrheitsentscheid und gibt die gültigen Werte an die Aktorik weiter. „Hier bietet es sich an, die bei aktuellen Steuerungssystemen ohnehin vorhandenen Industrial-Ethernet-Kommunikationssysteme zu nutzen“, wie Bock erklärte. Dies stelle allerdings neue Anforderungen an das Kommunikationssystem. So müsse eine Rückwirkungsfreiheit gewährleistet sein. Denn falle ein Gerät aufgrund eines Fehlers aus, so dürfe dies keine negativen Auswirkungen auf das Kommunikationssystem haben. Redundante Datenleitungen seien dann ebenso nötig, weil nur ein fehlerhaftes Kabel toleriert werden könne.

Wie mittels Profinet-Technologien eine herstellerunabhängige Auswertung und Darstellung der Topologieinformationen möglich ist, die bei der Inbetriebnahme und dem laufenden Betrieb hilft, erläuterte Xaver Schmidt, System Manager Profinet vom Siemens-Bereich Industry Automation auf dem Kongress. Möglich mache dies das LLDP-Protokoll (Link Layer Discovery Protocol) nach IEEE 802.1AB. Jeder Profinet-Teilnehmer versende dabei über einen Port Namen und Portnummer. Gleichzeitig empfange aber auch jeder Teilnehmer solche Informationen von seinen Nachbarn und speichere sie in einer genormten Datenablage, der LLDP-MIB (Management Information Base)

Der Vorteil: Das Engineeringsystem kann diese Informationen von den Einzelgeräten einsammeln und daraus ein übersichtliches Abbild der tatsächlichen Anlagenverkabelung erzeugen. Schmidt: „Anhand eines Soll-/Ist-Vergleichs lassen sich damit etwa bei der Inbetriebsetzung Abweichungen von der geplanten Topologie feststellen.“

Die zum Generieren der Topologiesicht ermittelten Netzdaten können aber auch zur automatischen Adressierung von Geräten herangezogen werden. „Ein Anwender kann damit sowohl bei der Projektierung als auch bei der Diagnose mit allgemein verständlichen Gerätenamen arbeiten – statt mit Nummern, die erst umständlich mit Expertenwissen oder mithilfe eines Schaltplanes aufgelöst werden können,“ so der Profinet-Experte. EDGAR LANGE

Sichere Kabelredundanz bei EtherCAT

Von Edgar Lange
Von Edgar Lange

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