SafetyNET p - Echtzeit Ethernet für die gesante Automation!
.jpg)
|
SafetyNET p in der Automatisierung In der klassischen Automatisierungspyramide werden verschiedene Bussysteme den unterschiedlichen Ebenen der Hierarchie zugewiesen. Abhängig von der Hierarchieebene hat das Bussystem dabei unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen, und muss unterschiedlichen Anforderungen an Bandbreite, Reaktionszeiten und bereitgestellten Diensten genügen. Die Automatisierungspyramide von oben nach unten:
Üblicherweise gibt es, hinauf bis zur Anlagenebene, einen Sicherheitsbus, welcher die sicheren Daten kommuniziert. Generell ist auf der Sensor- / Aktor - Ebene die Gesamtanzahl an Geräten am größten, und in der Firmennetzwerkebene am geringsten. Durch die Segmentierung in kleinere Einheiten werden auf jeder Ebene der Automatisierungspyramide eine überschaubare Anzahl an Geräten zusammengefasst. Im Gegensatz hierzu nimmt die Größe je Informationseinheit, ausgehend von den Sensoren/Aktoren, in Richtung Firmennetzwerk, kontinuierlich zu. Während auf Sensor- / Aktor - Ebene die gängige Informationseinheit das einzelne Bit ist, kommt auf Maschinenebene in der Regel eine Datenbreite von ein bis zwei Datenworten zum Einsatz. Auf Firmennetzwerkebene letztlich sind Datengrößen in KByte und größer üblich. Die Anforderungen an das Echtzeitverhalten sind auf der Maschinenebene und den Antriebssystemen am größten.  |
|
SafetyNET p- Kommunikationsmodell Das SafetyNET p- Kommunikationsmodell beschreibt das Kommunikationssystem und seine beiden Teile, die Anwendungsschicht und die Transportschicht. Die Anwendungsschicht überträgt die aus Sicht der Applikation existierende Gerätefunktion in eine generische Funktionalität auf Seiten des SafetyNET p. Da in SafetyNET p zwei unterschiedliche Transportmechanismen zur Anwendung kommen, nämlich die des RTFL und des RTFN, existieren zwei Transportschichtimplementierungen. RTFL Kommunikation Die RTFL Transportschicht ist für schnellste Echtzeitanwendungen optimiert. Typischerweise sind dabei die Geräte, wie bei den traditionellen Feldbussen üblich, in Linienstruktur miteinander vernetzt. Alle Busteilnehmer haben dabei die gleichen Rechte. Daten werden nach dem Publisher- / Subscriber- Prinzip ausgetauscht. Jedes Gerät kann als Publisher (Veröffentlicher) Daten den anderen Geräten via SafetyNET p zur Verfügung stellen. Es ist dabei unerheblich, welcher oder welche Teilnehmer die Daten tatsächlich lesen. Andere Teilnehmer können ihrerseits die veröffentlichten Daten von einzelnen oder allen Teilnehmern lesen. Auch für die Subscriber (die lesenden Teilnehmer) ist es unerheblich, von wem die Daten produziert und veröffentlicht wurden. Auf diese Art ist es möglich, effizient Daten zwischen allen Teilnehmern auszutauschen. Als Kommunikationsmechanismus verwendet RTFL eine sehr schnelle zyklische Datenübertragung in einem einzigen Ethernetdatenrahmen pro Zyklus. Die aus Sicht der Applikation zugreifbaren CDC, MSC und SEF Kommunikationskanäle werden durch die Transportschicht auf den zyklischen Datentransfer des RTFL gemapped. Die Basiskommunikation wird dabei von einem speziellen Gerät, dem Root Device (RD), initiiert. Der im Root Device erzeugte Ethernetrahmen wird dann an die übrigen Geräte (OD - Ordinary Device) übertragen. Die OD’s befüllen nacheinander den Ethernetrahmen mit zu publizierenden Daten und entnehmen dem Ethernetrahmen die zu lesenden Daten. Hierbei erfolgt die Adressierung der Geräte über die MAC- Adresse. Jedes RTFLNetz benötigt genau ein Root- Device. Das Root- Device kann wahlweise ein separates Gerät oder in einem der Geräte integriert sein.  TCP/IP Kommunikation über RTFL TPC/IP Daten können in einer RTFL- Linie, ohne die Echtzeitfähigkeit des Systems zu beeinflussen, übertragen werden. Standard- TCP-/IP- Teilnehmer werden am ersten oder am letzten Teilnehmer einer RTFL- Linie angeschlossen. TCP-/IP- Daten werden segmentiert im azyklischen Bereich eines RTFL- Telegramms, also über den MSCL, übertragen.  RTFN Kommunikation Auf Anlagen- und Zellenebene, wo Standardethernetprotokolle gefordert sind und die Anforderungen an Echtzeit geringer sind, kommt die RTFN Transportschicht zum Einsatz. RTFN dient dazu, die RTFL- Echtzeitzellen miteinander zu vernetzen und Standardethernetteilnehmer, wie Visualisierungsgeräte oder Service- PCs anzubinden. Typisch für die RTFN- Ebene ist die Baumtopologie, wie sie auch in der Bürokommunikation, im herkömmlichen Ethernet, verwendet wird. Ausgehend von Switches werden die Netzteilnehmer in individuellen Punkt- zu- Punkt- Verbindungen angeschlossen. RTFN verwendet alternativ drei unterschiedliche Mechanismen. In abgeschlossenen Netzen kommt der Ethernet- MAC- Rahmen zum Einsatz, wie für Ethernet OSI Schicht 2 definiert. Der CDC wird auf individuelle, unidirektionale Punkt-zu-Punkt Verbindungen gemapped. Die Adressierung geschieht hierbei direkt über die MAC- Adresse der Geräte. Falls eine Antwort durch den Adressaten erforderlich ist, so hat dieser eine eigene Verbindung aufzubauen. Daneben kommen die für Ethernet- OSI- Schicht 4 definierten UDP- und TCP- Rahmen zum Einsatz. Die Adressierung erfolgt in beiden Fällen über die IP- Adresse der Geräte. Im Falle der Verwendung von IP- basierter- Kommunikation ist auch ein Routing der RTFN- Frames von Netz zu Netz möglich! Eine Unterscheidung in RD und OD besteht bei RTFN nicht. |
|
Anwendungsschicht Die Anwendungsschicht stellt die Schnittstelle der Applikation zum Kommunikationssystem dar. Alle SafetyNET p- Funktionen eines Geräts werden dabei über die Anwendungsschicht zugänglich gemacht. Die Anwendungsschicht stellt die Schnittstelle vom Anwender zum Kommunikationssystem dar. SafetyNET p benutzt die weit verbreitete CANopen- Anwendungsschicht. Da die CANopen- Geräteprofile nicht auf ein bestimmtes Kommunikationsmedium festgelegt sind, können diese bei SafetyNET p benutzt werden. Aus Sicht von heutigen CANopen Anwendern bedeutet dies, dass sie auf bekannte Schnittstellen zurückgreifen können.  |
|
Implementierung von SafetyNET p Für die Akzeptanz eines industriellen Kommunikationssystems bei Herstellern von Automatisierungsgeräten sind unter anderem einfache, flexible und kostengünstige Implementierungsmöglichkeiten entscheidend. Bei SafetyNET p wurden diese Anforderungen berücksichtigt, indem verschiedene Möglichkeiten der Realisierung von SafetyNET p- Geräten zur Verfügung stehen. So kann der Hersteller den Aufwand für die Schnittstellenimplementierung auf ein Minimum reduzieren. Die Applikationsschicht von RTFL- und RTFN- Geräten ist identisch. RTFL- und RTFN- Implementierungen unterscheiden sich demnach nur in der Transportschicht, die bei RTFL mittels einem FPGA Chip realisiert ist.  |
