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Feldbusst du noch direkt oder machst du es schon über Ethernet?

Hilscher: Neues Gateway schließt den Medienbruch zwischen Ethernet und Feldbus
Feldbusst du noch direkt oder machst du es schon über Ethernet?

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Fehlt neuen Steuerungs-Generationen der Feldbus-Anschluss oder soll -Peripherie per PC über Ethernet gesteuert werden, eignet sich Hilschers netHOST als Gateway – als Brücke zwischen Feldbus und Ethernet. Über natives TCP/IP gesteuert, unterstützt das Gerät den vollen Leistungsumfang einer Feldbus-PC-Karte. Es lässt sich aus der Ferne steuern und überträgt zyklische und azyklische Daten genau so wie Alarm- und Diagnosemeldungen.

Stefan Körte, Leiter Vertrieb und Marketing, Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH, Hattersheim

Echzeit-Ethernet-Systeme sind klar etabliert, doch wird nicht in allen Fällen das gebotene Leistungsspektrum benötigt. Erfüllt einfaches Ethernet die grundlegenden Kommunikations-Anforderungen, lässt sich per Gateway die Ankopplung zum Feldbus realisieren. Hilscher bietet für diesen Brückenschlag nun netHOST an, das neueste Mitglied der Gateway-Produktreihe. Über natives TCP/IP gesteuert, unterstützt es den vollen Leistungsumfang einer Feldbus-PC-Karte. Es integriert mit geringem Aufwand den Feldbus und erlaubt die Steuerung aus der Ferne – als wäre die Schnittstelle lokal vorhanden. Auf diese Weise lassen sich zyklische und azyklische Daten genau so wie Alarm- und Diagnosemeldungen übertragen. „Der Steuerungsanbieter, der netHOST einsetzt, könnte dann den Slogan nutzen: Steuert 1000 Profibus-Ein- und -Ausgänge in einer Millisekunde ohne eigenen Profibus-Anschluss“, verdeutlicht Armin Beck, Produktmanager für Gateways bei Hilscher, den Nutzen des Geräts. „Denn die Steuerung würde designbedingt nur über eine Ethernet-Schnittstelle verfügen und dennoch Profibus-E/A-Peripherie ansprechen können.“ Da netHOST die fehlende Feldbus-Schnittstelle einfach als Ethernet-Knoten ‚hoste‘, ergebe sich dank einfachem TCP/IP-Protokoll und der hohen Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Mbit/s ein adäquater Ersatz zur bislang integrierten Feldbus-Lösung.
Ethernet und Feldbus Hand in Hand
Das Einsparpotenzial bei der Errichtung moderner Fertigungsanlagen durch den Einsatz von Industrial Ethernet ist hoch. Pluspunkte sind – um nur einige zu nennen – die
  • Durchgängigkeit des Kommunikationssystems,
  • Nutzung eines einheitlichen Verkabelungsstandards,
  • einfache Redundanzfähigkeit zur Vermeidung von Ausfällen und
  • kurze Zykluszeiten bei hoher Deterministik in der Datenübertragung.
Zum Leidwesen des Maschinenbauers haben sich allerdings sechs Industrial-Ethernet-Systeme am Markt etabliert. Einführung und Unterstützung eines jeden Systems erfordern Investitionen. „Die neuen Leistungsdaten sind teuer erkauft“, fährt Beck fort und fragt: „Muss es denn immer gleich das industrietaugliche Ethernet sein?“ Unter Beibehaltung des Feldbusses genüge das einfache Ethernet der Bürowelt doch auch!
Tatsächlich kann es Sinn machen, das bestehende Feldbuspotenzial weiterhin zu nutzen. Harte Echtzeit-Fähigkeit ist beispielsweise nur in Motion-Control-Anwendungen gefordert – in über 90 % aller Einsatzfälle ist sie ohne Belang. Und auch die niedrigen Zykluszeiten der Real-Time-Ethernet-Systeme von unter 1 ms werden nur ganz selten benötigt. Haben sich also Maschinensegmente im Aufbau mit Feldbus jahrelang bewährt und müssen sie jetzt an Ethernet gekoppelt und aus der Ferne gesteuert werden, qualifiziert sich netHOST für diesen Einsatzzweck durch seine niedrige Latenzzeit von 1 ms und die Unterstützung von einfachem TCP/IP. Die Bandbreite des 100-Mbit-Ethernets ist so hoch, dass bis zu 5 Geräte sicher über einen Strang gleichzeitig angesprochen werden können.
Investitionsschutz für Feldbusgeräte
Auch Hilscher beobachtet deswegen den Ethernet-Trend in den Verkaufszahlen seiner Produkte. Die Nachfrage hat sich gerade in den letzten zwei Jahren merklich erhöht. Doch mit einem Marktanteil von über 70 % ist die Feldbus-Technologie noch stark – und sie wird über Jahre weiter Bestand haben. „So wird die Pflicht des Maschinenbauers, beide Systeme noch lange unterstützen zu müssen, für uns zur Kür“, erläutert Armin Beck. In der Konzeptphase des neuen Produktes habe man deswegen den Fokus auf den Investitionsschutz gelegt. „Ziel war nicht, Feldbus gleich durch Ethernet zu ersetzen, sondern beide Technologien auf möglichst einfache Weise miteinander verschmelzen zu lassen.“ So können bewährte Feldbusgeräte weiterhin eingesetzt und ein breiter Markt angesprochen werden.“
Geboren war damit die Idee eines TCP/IP-basierenden Gateways. „Auf dem Markt tummeln sich zwar bereits einige TCP/IP-Gateways, doch diese Geräte konvertieren nur die reinen E/A-Daten“, betont der Gateway-Spezialist. „Unser netHOST ergänzt das Leistungsangebot hier um azyklische Dienste, Diagnose- und Statusmeldungen – und integriert damit das unterlagerte System vollständig.“ Unterstützt werden auf diese Weise beispielsweise die Arbeitsweise als Klasse-2-Profibus-Master, die Absendung von DPV1-Read/Write-Diensten oder die reine CAN-Telegrammübertragung neben der eigentlichen Protokollabhandlung als CANopen-Master.
TCP/IP macht per se die Datenübertragung von und zum netHOST sicher. Die hierbei transparent übertragenen Telegramme werden nach Art und Zweck in wenigen Bytes am Telegrammanfang kodiert und klassifiziert. Die Kodierlogik liefert Hilscher im C-Quellcode; sie bildet auf ein Socket-Interface ab und verträgt sich daher problemlos mit jedem TCP/IP-Stack. Applikationsseitig abstrahiert sie auf eine simple prozedurale API-Funktionsschnittstelle. Eingängige Funktionen wie Open, Close, Reset, Send, Receive oder IOExchange garantieren ein schnelles Verständnis und damit kurze Integrationszeiten. Im Gerät werden die Funktionen dekodiert und ‚in der Ferne‘ ausgeführt, zugrunde liegt das RPC-Prinzip (Remote Procedure Call)(1). Eine DLL ermöglicht die sofortige Nutzung eines netHOSTs unter Windows und ein C-Toolkit zeigt eine Beispielimplementierung unter Linux, um auch Embedded-Programmierern den Einstieg leicht zu machen.
Fernzugriff per ‚abgesetzter PC-Karte‘
„Die Zugriffsfunktionen für einen netHOST sind im Sinne von Hilschers Plattformstrategie ‚einmal integriert – alles funktioniert‘ identisch zu denen der PC-Karten“, betont Armin Beck. Allein der Tausch der PC-Karten- gegen die netHOST-DLL unter Windows erlaube beispielsweise, beide Produktreihen gegeneinander auszutauschen – ohne dabei das Anwenderprogramm ändern zu müssen. Was gestern noch lokal gesteuert wurde, kann damit morgen schon per Ethernet über die Leitebene aus der Ferne kontrolliert werden. „Die gleiche API macht netHOST zur abgesetzten PC-Karte für den Schaltschrank.“ In Systemen ohne Steckplatz für PC-Karten sei das Gerät sogar ein direkter Ersatz für PCMCIA-Karten, kommentiert Beck den Zugang über Ethernet. Entscheidend sei: „Unterstützt ein System bereits unsere PC-Karten, unterstützt es jetzt auch den Betrieb eines netHOSTs.“ So integrierte etwa IBHsoftec als eines der ersten Unternehmen die funktionsgleiche DLL in ihre Step-7-kompatible Soft-SPS ‚ SoftSPS S7-315 / SoftSPS S7-416‘(2) und unterstützt jetzt neben cifX-PC-Karten auch den Profibus netHOST.
Hilscher konnte zudem zwei weitere Bestandskunden unmittelbar für die Integration des netHOSTs gewinnen, die seit Jahren PC-Feldbuskarten in hohen Stückzahlen zur Steuerung der Peripherie beziehen. Beide arbeiten nach eigenen Angaben nach rund 15 Jahren Nutzung jeweils an einer neuen Steuerungsgeneration, die aufgrund ihrer Kompaktheit und höheren Flexibilität nur noch über Standard-Ethernet-Schnittstellen kommunizieren kann. Dennoch will man auf die Unterstützung von etablierter Feldbustechnik nicht verzichten und einen Migrationspfad von der alten auf die neue Generation anbieten. TCP/IP-Stack, Standard-Ethernet-Controller sowie die Programmiererfahrung mit den PC-Karten stellen hier kurze Integrationszeiten sicher. Heute ist man deswegen in der Lage, trotz des Umstiegs auf Ethernet sowohl die Feldbuskunden als auch die Ethernet-Neukunden gleichermaßen bedienen zu können.(3)(4)
TCP/IP-Konvertierung bald auch für Real-Time-Ethernet
Der nächste Schritt in der netHOST-Entwicklung ist bereits eingeleitet. Im dritten Quartal des Jahres wird Hilscher drei neue Varianten des netHOSTs auf den Markt bringen. Die bereits existierenden Varianten für Profibus, CANopen und DeviceNet werden um Profinet-, Ethercat- und EtherNet/IP-Master ergänzt. Damit wird die starke Nachfrage nach TCP/IP-Umsetzungen in die Real-Time-Ethernet-Welt berücksichtigt. Konfiguriert werden alle Varianten über ein busübergreifend einheitliches FDT/DTM-basierendes Konfigurationswerkzeug. Existiert ein Engineering-Werkzeug des Zielsystems bereits, sorgt die alternative und offene Konfiguration über XML-Dateien für Transparenz. XML-Schemata bringen die Konfigurationsdaten in das richtige Format und können anschließend nach Umwandlung in eine Binärdatei in den net- HOST geladen werden. Somit lässt sich das Gerät vollständig in jedes Zielsystem integrieren. co
http://de.hilscher.com
Weiterführende Informationen:
(1) http://de.wikipedia.org/wiki/Remote_Procedure_Call
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