Querkommunikation über Ethernet

Thomas Rönitzsch ist Leiter Unternehmenskommunikation bei der Bihl+Wiedemann GmbH in Mannheim

Für die sichere Kopplung von Maschinen und Anlagenteilen gibt es unterschiedliche Methoden: Der Austausch sicherer Signale zwischen unterschiedlichen Anlagenteilen in konventioneller Verdrahtung kann einmal über poten- tialfreie Kontakte erfolgen. Diese Art der Kopplung über Koppelmodule und Relais ist Stand der Technik. Allerdings geht hier der Kostenvorteil in der Verdrahtung eines digitalen Systems teilweise verloren. Etwas reduzieren lässt sich der Verdrahtungsaufwand, wenn man die sicheren Ein- und Ausgänge für die Kopplung an einem Übergabepunkt abgesetzt montiert und über AS-Interface ansteuert und nur noch das kurze Stück am Übergabepunkt konventionell verdrahtet.

Eine zweite Möglichkeit der sicheren Kopplung mit Hilfe konventioneller Verdrahtung ist die Verwendung der elektronischen Ein- und Ausgänge über AS-Interface. In diesem Fall können sichere elektronische Ausgänge direkt mit sicheren elektronischen Eingängen verbunden werden. Unter entsprechenden Rahmenbedingungen – Massepunkte auf gleichem Potential, geringe räumliche Abstände – stellt diese Lösung eine kostengünstige Alternative zur erstgenannten Variante dar. Beide Varianten machen allerdings nur dann Sinn, wenn nur wenige sichere Signale miteinander gekoppelt werden sollen.

Ohne konventionelle Verdrahtung funktioniert die sichere Kopplung über einen AS-i-Koppelkreis. Diese Lösung bietet sich dann an, wenn mehr als 62 sichere Signale – die Summe, die ein AS-i-Doppelmaster dirigieren kann – verarbeitet werden sollen. Auf diese Art können über den Koppelkreis zwar bis zu 31 Gateways sichere Signale austauschen, allerdings muss hierfür ein Extra-AS-i-Kreis verlegt werden.

Eine ebenso einfache wie innovative Antwort auf die Frage, wie mehrere sichere Netzwerke in immer komplexeren und weit verzweigten Anlagen möglichst effizient und ohne die oben genannten Einschränkungen miteinander gekoppelt werden können – und zwar selbst dann, wenn sie im Standardbereich auch noch mit unterschiedlichen Steuerungen arbeiten – liefert jetzt Bihl+Wiedemann mit der sicheren Querkommunikation über Ethernet in der neuen Gateway-Generation mit integriertem Sicherheitsmonitor.

Über die sichere Querkommunikation können bis zu 31 der neuen Gateways miteinander gekoppelt werden, ohne dass an irgend einer Stelle Leistung verloren geht und ohne dass zusätzliche Hardware-Komponenten – abgesehen von Standard-Switches und der Ethernet-Leitung zwischen den Gateways – notwendig sind. Es ist dabei unerheblich, ob es sich um Gateways mit gleichen oder unterschiedlichen Feldbusschnittstellen handelt. Da im Vergleich zur sicheren Kopplung über einen Koppelkreis bei der sicheren Querkommunikation keine AS-i-Adressen verloren gehen und somit in jedem Gateway der komplette Adressumfang zur Verfügung steht, können fast 2000 Slaves quer durch alle angeschlossenen AS-i-Netze auf direktem Weg – völlig unabhängig vom Gesamtkonzept der Anlage – miteinander kommunizieren. Sie haben unmittelbaren Zugriff auf die Eingangs- und Ausgangsdaten aller beteiligten Maschinen und Anlagenteile. Die Geräte tauschen nach dem Prinzip „jeder hört jeden“ alle sicheren Signale – bis zu 31 Bits pro Gateway – permanent miteinander aus und stellen sie dem jeweiligen Programm zur Verfügung. So kann jedes Modul in den miteinander vernetzten Kreisen direkt auf neue Informationen reagieren – und das ohne Einsatz einer fehlersicheren Steuerung.

Realisiert wird die sichere Querkommunika-tion über ein einfaches Standard-Ethernet-Netzwerk – entweder über die Ethernet- Diagnoseschnittstelle oder über die Feldbusschnittstelle des Gateways. Die Feldbusschnittstelle kann dann benutzt werden, wenn als Feldbus ohnehin schon ein industrielles Ethernet-Derivat wie Ethernet/IP oder Profinet verwendet wird. Eine Entscheidung für die Ethernet-Diagnoseschnittstelle, die bisher schon die Fernwartung via Webserver ermöglichte, empfiehlt sich zum einen dann, wenn Gateways mit unterschiedlichen Feldbusschnittstellen im Einsatz sind. Das ist etwa der Fall, wenn Anwender und Maschinenbauer gezwungen sind, Maschinen und Anlagenteile im Standardbereich mit unterschiedlichen Automatisierungssystemen auszustatten. Oder dann, wenn eine große Anlage nicht auf einmal, sondern in Etappen auf eine neue Steuerungstechnik umgestellt werden soll. Zum anderen lässt sich über die Diagnoseschnittstelle auch ein völlig unabhängiges Netz aufbauen. Das ist vor allem dann wichtig, wenn Büro- und Fertigungskommunika-tion getrennt voneinander gehalten werden sollen oder wenn es Probleme mit den IP-Adressbereichen gibt.

Damit jedes Gerät gleichzeitig die Daten der Sender hören, sofort verarbeiten und darauf reagieren kann, basiert die Datenübertragung bei der sicheren Querkommunikation auf dem Multicast-Verfahren. So können unterschiedliche Anlagenmodule mit verschiedenen Feldbussystemen zusammengeführt werden. Wichtig ist hier, dass der verwendete Switch Broadcasts verarbeiten und weiterleiten kann. Organisatorisch werden alle Gateways, die miteinander kommunizieren sollen, in einer Gruppe zusammengefasst (Gruppenadresse 1 bis 15). Jedes Gerät dieser Gruppe erhält eine eindeutige Geräteadresse (Geräteadresse 1 bis 31). Bei der Parametrierung wird ein Gateway zum Manager der Gruppe ernannt. Dieser kontrolliert, ob alle beteiligten Geräte im Netzwerk vorhanden sind.

Die komplette Konfiguration der sicheren Querkommunikation erfolgt über die Konfigurationssoftware ASIMON 3 G2. Hier werden die Gruppen- und Geräteadressen vergeben und die sicheren Programme der Gateways verwaltet. Auch die Information über die IP-Adressen der Geräte werden in der Projektstruktur mit abgelegt. Die sichere Querkommunikation stellt eine ebenso einfache wie innovative Antwort auf den Trend zu immer komplexeren Anlagen dar. Mit der sicheren Querkommunikation in den neuen Gateways mit integriertem Sicherheitsmonitor bietet Bihl+Wiedemann eine effiziente Lösung für die Kopplung von Maschinen und weit verzweigten Anlagen bzw. -teilen mit vielen sicheren Slaves. ge

AS-International ist die weltweit präsente Nutzerorganisation für AS-Interface. Der Verband treibt die Normung voran, informiert über aktuelle Entwicklungen und veranstaltet Seminare und Nutzertreffen. Das nächste Seminar findet am 26. März in den USA statt:

Mit den AS-i-Gateways von Bihl+Wiedemann können digitale und analoge Daten, die dezentral über AS-i-Slaves eingelesen wurden, über das jeweilige Bussystem an die übergeordnete Steuerung weitergegeben und Ausgangssignale der Steuerung an die AS-i-Aktuatoren übertragen werden. Besonders kosteneffizient sind Doppelmaster in einem Gateway. Damit können zwei AS-i-Kreise von einem Gateway gesteuert werden.