Automatisierungstreff Anybus ermöglicht den schnellen Weg ans Industrial Ethernet

Autor / Redakteur: Michael Volz / Reinhard Kluger

Industrial Ethernet wird in der Steuerungsebene zukünftig hohe Zuwachsraten erreichen. In der Sensor-/Aktuatorebene dagegen, werden die etablierten Feldbusse wie Profibus, CANopen, DeviceNet, Modbus und AS-i auch mittelfristig noch erste Wahl bleiben. Für Antriebshersteller ist es vorteilhaft ihre Antriebe mit einer möglichst universellen Bus-Schnittstelle auszurüsten. Hierfür bietet sich die modulare Anybus-Technologie von HMS Industrial Networks an, die eine einfache und schnelle Möglichkeit für die Realisierung einer universellen Kommunikationsschnittstelle bietet.

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Einbaufertige Anybus-Kommunikationsmodule erleichtern die Realisierung einer Kommunikationsschnittstelle für Industrial Ethernet. Der Einsatz erspart bis zu 70 Prozent Entwicklungskosten und verkürzt die Time-to-Market
Einbaufertige Anybus-Kommunikationsmodule erleichtern die Realisierung einer Kommunikationsschnittstelle für Industrial Ethernet. Der Einsatz erspart bis zu 70 Prozent Entwicklungskosten und verkürzt die Time-to-Market
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Anybus-Technologie unterstützt 18 verschiedene industrielle Netzwerke - darunter alle namhaften industriellen Feldbusse und Industrial-Ethernet-Systeme. Anybus Kommunikationsmodule sind einbaufertige Komplettlösungen. Sie wickeln das jeweilige Busprotokoll völlig selbstständig ab und beinhalten alle Hard- und Software-Komponenten für die Realisierung einer Busschnittstelle. Alle Module haben eine einheitliche Hard- und Software-Schnittstelle. Dadurch werden die Unterschiede zwischen den einzelnen Bussen weitestgehend ausgeglichen und die zu übertragenden Daten und Parameter werden auf eine einheitliche Schnittstelle, die Anybus-Schnittstelle, abgebildet.

Für die Geräteelektronik des Antriebs sehen damit alle Busse weitgehend gleich aus. Die Antriebssoftware wird vollständig von der Bearbeitung des jeweiligen Busprotokolls entlastet und kann sich ganz auf die Antriebsfunktionen konzentrieren. In einem einmaligen Entwicklungsprojekt entsteht auf Basis der Anybus-Technologie eine universelle Lösung für bis zu 18 verschiedene Bussysteme. HMS verfügt über eine 20-jährige Erfahrung bei der Entwicklung und Vermarktung der Anybus-Module, die sich weltweit bereits über 950.000-fach bewährt haben. Anybus-Module basieren auf dem von HMS entwickelten Kommunikationsprozessor NP30. Der NP30 besitzt eine leistungsfähige CPU, integrierte Bus-Controller für Ethernet, Profibus und CAN, integrierten RAM- und Flash-Speicher und zeichnet sich außerdem durch eine äußerst geringe Leistungsaufnahme aus.

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Für die Realisierung der Busankopplung auf Basis der Anybus-Technologie gibt es grundsätzlich zwei Wege: extern oder intern.

Externe Kommunikationsschnittstelle

Protokollkonverter binden Antriebe über deren serielle Schnittstelle in Industrial Ethernet und Feldbusse ein (Archiv: Vogel Business Media)

Der Einsatz eines externen Protokollkonverters bietet sich an, wenn der Antrieb über eine serielle Schnittstelle verfügt, die Busanbindung jedoch nicht zum Standardfunktionsumfang des Antriebs gehören soll. Typische Anwendungen sind Frequenzumrichter im unteren Leistungsbereich. In diesem Fall erfolgt die Busankopplung über die RS-232-Schnittstelle des Frequenzumrichters und den Protokollkonverter von HMS. Der Konverter setzt das Protokoll der seriellen Schnittstelle auf das jeweils benötigte Netzwerk um. Der Protokollkonverter vertritt den Antrieb dann stellvertretend im Ethernet- oder Feldbus-Netz. Bei intelligenten Protokollkonvertern wie dem Anybus Communicator von HMS kann dieser mit einem Konfigurationsprogramm einfach an das serielle Protokoll des Antriebs angepasst werden. Nach einer einmaligen Konfigurationsphase ist der Protokollkonverter - und damit auch das repräsentierte Feldgerät - Teilnehmer im Netzwerk.

Unter Kostengesichtspunkten empfiehlt sich der externe Netzwerkanschluss insbesondere für solche Geräte, die nur in geringen Mengen (< 500 p.a.) eine Busanbindung benötigen.

In der Regel dauert die Datenübertragung zwischen dem Antrieb und dem übergeordnetem Netzwerk einige Millisekunden. Die erzielbare Performance hängt sehr stark von der Baudrate der seriellen Schnittstelle und der zu übertragenden Datenmenge ab. Kommt der Anybus Communicator von HMS als Protokollkonverter zum Einsatz, stehen funktionskompatible Varianten für Profinet, EtherNet/IP, Modbus-TCP und EtherCAT sowie für alle namhaften Feldbusse zur Verfügung. Alle Varianten benutzen denselben Mechanismus zur Protokollumsetzung und können so ohne zusätzliche Aufwendungen als Bus-Schnittstellen für den Antrieb genutzt werden.

Interne Kommunikationsschnittstelle mit Standard-Modulen

Bei höheren Stückzahlen bietet sich die geräteinterne Realisierung der Busschnittstelle auf Basis von einbaufertigen Kommunikationsmodulen an. Die Kommunikationsmodule sind in mehreren Varianten entweder als Single-Chip-Lösung (Anybus-IC), embedded Busmodul (Anybus-S) oder als steckbares Modul (Anybus-CC) verfügbar. Die grundsätzliche Vorgehensweise wird nachfolgend anhand des Kommunikationsmoduls Anybus-S beschrieben.

Anybus-S-Module von HMS stehen für 18 verschiedene industrielle Netzwerke zur Verfügung. Die embedded Kommunikationsmodule werden vom Gerätehersteller in den Antrieb eingebaut. Die Module sind intelligent und haben einen eigenen Mikroprozessor, der das gesamte Protokoll selbstständig abwickelt. Dadurch wird der Geräteprozessor vollständig von der Protokollabwicklung entlastet. Auf dem Modul befinden sich alle Hardware-Komponenten einer Industrial-Ethernet-Schnittstelle wie Fast Ethernet Tranceiver, Analogteil (PHY), RJ45-Buchse und Diagnose-LEDs. Die Module sind im Kreditkartenformat aufgebaut. Die Komplexität der Implementierung einer Industrial-Ethernet-Schnittstelle reduziert sich mit den Anybus-Modulen auf die Anbindung des Kommunikationsmoduls an die Elektronik des Antriebs. Hierzu werden der geräteinterne Adress- und Datenbus sowie die Versorgungsspannung mit dem Applikationsstecker des Anybus-Moduls verbunden.

Das Anybus-Modul besitzt ein zwei KB Dual-Port-RAM, das die logische Schnittstelle zur Geräteelektronik bildet. Das Modul verhält sich aus Sicht der Gerätesoftware wie ein Speicherchip. Die Gerätesoftware schreibt die über das Netzwerk zu übertragenden Daten in den Sendedatenbereich des Dual-Port-RAM und erteilt dem Modul durch Setzen eines Steuerbits den Übermittlungsauftrag. Analog dazu stellt das Modul die über das Netzwerk empfangenen Daten im Empfangsdatenbereich des Dual-Port-RAM bereit. Das Modul informiert die Gerätesoftware durch Setzen eines Statusbits oder Auslösen eines Interrupts, dass neue Empfangsdaten vorliegen. Komplexere Funktionen wie die Übertragung von azyklischen Bedarfsdaten, Diagnose- und Alarmmeldungen werden über so genannte Mailbox-Kommandos zwischen Modul und Gerätesoftware abgewickelt. Die modulare Lösung zeichnet sich durch geringe Entwicklungskosten und kurze Entwicklungszeiten aus. Die typische In-Design-Zeit für mehrere Netzwerke liegt bei ca. zwei-drei Wochen. HMS bietet auch spezielle Entwicklerschulungen und Starterkits an.

Funktionsumfang der Ethernet-Varianten

Die Anybus Familie unterstützt derzeit die Ethernet-Varianten Profinet, EtherNet/IP, Modbus-TCP und EtherCAT. Darüber hinaus steht eine universelle Layer-4-Schnittstelle (TCP/IP-Socket Interface) zur Verfügung, über die jedes beliebige andere Protokoll auf TCP oder UDP aufgesetzt werden kann. Die Module unterstützen das webbasierte Gerätemanagement. Webseiten können über das FTP-Protokoll in das Anybus-Modul geladen werden. Über standardisierte Funktionsaufrufe können Daten und Parameter des Endgerätes in die Webseite integriert werden. Auch der Versand von E-Mails aus dem Applikationsprogramm des Endgerätes wird unterstützt.

Antriebsprofile integriert

Die Anybus-Standardmodule beinhalten das gesamte Busprotokoll einschließlich der Anwendungsschicht (Layer sieben). Speziell für die elektrische Antriebstechnik bietet HMS auch Kommunikationsmodule mit integrierten Antriebsprofilen an. In dieser Variante beinhalten die Module zusätzlich zu den Kommunikationsfunktionen auch einen Profilserver, der die Festlegungen der jeweiligen Antriebsprofile auf eine einheitliche Software-Schnittstelle abbildet. Der Profilserver wird durch ein Konfigurationstool konfiguriert und so an den jeweiligen Funktionsumfang des Antriebs angepasst.

Standardmodule ganz individuell

Auch kundenspezifische embedded Kommunikationsmodule an sind erhältlich. Diese Module berücksichtigen individuelle Kundenanforderungen, so dass die Module noch einfacher integriert werden können. Kundenspezifische Lösungen sind gibt es wie die Standardmodule für 18 verschiedene industrielle Netzwerke, darunter Profibus, Profinet, DeviceNet, EtherNet/IP und Modbus. Auch die individuellen Lösungen basieren auf der bewährten Anybus-Technologie und sind immer dann interessant, wenn besondere Anforderungen an das Modul gestellt werden, die ein Anybus-Standardmodul nicht erfüllt. Beispiele hierfür sind hohe Schutzklassen (IP65), individuelle Bauformen oder Platinengrößen, besondere Anschlüsse, spezielle Spannungsversorgung oder hohe Umgebungstemperaturen. Typische Einsatzfelder sind Antriebe in hoher Schutzart und mit sehr kleinen Abmessungen.

Kundenspezifische Module haben dieselbe Software-Schnittstelle wie Anybus-Standardmodule. Durch den Einsatz bewährter Technologie profitieren die Gerätehersteller von einer kurzen Entwicklungszeit, geringem Entwicklungsrisiko und fixen Entwicklungskosten. Darüber hinaus übernimmt HMS die kontinuierliche Software-Pflege ohne Mehrkosten für den Kunden.

Dipl.-Ing. Michael Volz, Geschäftsführer HMS Industrial Networks, Karlsruhe.

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