Digitale Kommunikation für alle

Mit den Unigate-IC-Modulen von Deutschmann Automation können neben intelligenten Komponenten auch alle Geräte Feldbus- oder Ethernet-fähig gemacht werden, die über keine eigene Intelligenz und nur analoge Schnittstellen verfügen.

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Digitale Kommunikation setzt sich zunehmend in der Automatisierungstechnik durch. Dabei nimmt die Vielfalt an Feldbus- und Ethernet-Protokollen stetig zu. Ein besonders rasantes Wachstum ist derzeit bei den Industrial-Ethernet-Protokollen zu verzeichnen. Es ist zu erwarten, dass Industrial Ethernet in vielen Anwendungen verstärkt zum Einsatz kommen wird. Jedoch nicht überall: Sowie Ethernet auch in der konventionellen Computertechnik nicht alle Anforderungen abdeckt, eignen sich Industrial-Ethernet-Protokolle auch nicht für alle Anwendungen der Automatisierungstechnik. So können auch bisher verbreitete Feldbustechnologien mit weiterem Wachstum rechnen. Allein die Zahl der insgesamt verkauften Profibus-Knoten stieg 2006 auf einen neuen Höchststand von 3,4 Millionen.

Alle Anbieter von Geräten, Komponenten und Systemen für die Automatisierungstechnik müssen sich mit dem Thema der digitalen Kommunikation beschäftigen und entscheiden, welche Protokolle unterstützt werden sollen. Dabei kommt vielen dieser Hersteller entgegen, dass sie auf einbaufertige Feldbusknoten zurückgreifen können, die bereits die komplette Implementierung enthalten. Diese Kommunikationsmodule bietet Deutschmann Automation unter der Bezeichnung Unigate IC an. Sie stehen für alle führenden Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systeme zur Verfügung und werden ständig entsprechend der aktuellen Marktentwicklungen erweitert sowie sich ändernden Standards angepasst.

Die Feldbus-Schnittstellen-ICs gibt es derzeit für Profibus DP, MPI, Interbus 8 Byte und 32 Byte, DeviceNet, CANopen, LONWorks und Ethernet 10/100 MBaud. Außerdem werden die Industrial-Ethernet-Protokolle EtherNet/IP, Powerlink und Profinet unterstützt. Die in Hybridtechnik aufgebauten „All-in-one“-Module beinhalten auf einer Fläche von 45 mm x 25 mm alle analogen und digitalen Funktionen des entsprechenden Bus- oder Ethernet-Protokolls sowie alle notwendigen Komponenten, wie Mikrocontroller, Flash, RAM, UART-Controller und die analogen Bauteile, z. B. Optokoppler und Bustreiber.

Die kompakten Feldbus-Knoten in IC-Bauform (DIL32) werden in den Geräten implementiert. Der Entwickler muss dazu lediglich das Pinout der untereinander pin- und funktionskompatiblen Module bei einer Neuentwicklung berücksichtigen oder über ein Redesign ins Produkt bringen. Da sich die Schnittstellen einfach austauschen lassen und über einheitliche Abmessungen verfügen, können dann die Geräte oder Systeme einfach an die unterschiedlichen Kommunikationsumgebungen angepasst werden.

Wie wird die Kommunikation zwischen dem Gerät und dem Bus gesteuert? Dies übernimmt ein Script, das über das kostenfreie PC-Tool-Protocol Developer erstellt wird – wahlweise vom Anwender selbst oder von Deutschmann Automation als Dienstleistung. Die Scriptsprache ermöglicht den Herstellern eine hohe Flexibilität, ohne an der Firmware des Produkts etwas ändern zu müssen. Das einmal erstellte Script kann praktisch ohne Änderungen auf die anderen Feldbus- und Ethernet-basierenden Varianten der Module eingesetzt werden. Die Scripttechnik erlaubt es, komplexe Protokolle nachzubilden, Daten weiterzuverarbeiten und zwischen zu puffern oder zu verrechnen.

Beim Einsatz in Geräten mit eigenem Mikroprozessor werden die Kommunikationsschnittstellen über eine UART-Schnittstelle mit dem Prozessor des Endprodukts verbunden. Das Modul übernimmt den gesamten Kommunikationspart und entlastet somit den Geräteprozessor um diesen erheblichen Aufwand. Eine zweite serielle Schnittstelle des Bausteins kann als Diagnoseausgabe oder Debug-Schnittstelle zum Test eines Scripts genutzt werden.

Doch die Single-Chip-Lösungen lassen sich auch an prozessorlose Endgeräte anschließen und somit „stand alone „ betreiben. Solche Geräte sind unter anderem in der Prozessautomation weit verbreitet. Der Anschluss dieser Geräte ermöglicht die getaktete Schieberegister-Schnittstelle, welche die digitalen Signale für Input und Output erzeugt. Schieberegister sind Schaltungen, die mehrstellige binäre Signale taktgesteuert aufnehmen, speichern und wieder abgeben können. Es können jeweils bis zu 256 I/O-Signale verarbeitet werden. Zur Unterstützung kommen dabei oft A/D- oder D/A-Wandler zum Einsatz.

Für die unterschiedliche Anzahl von Input- und Output-Signalen zeichnet die Firmware der Unigate-IC-Bausteine verantwortlich. Selbst proprietäre analoge Signale oder zum Beispiel der Inter-IC-Bus (I2C) lassen sich so zu einem beliebigen Feldbus umsetzen. Somit können praktisch alle Komponenten mit analogen Signalen an die Feldbuswelt angeschlossen werden.

Aus 8 Bit werden am Ausgang parallele Werte und somit acht Ausgänge mit - je nach Bedarf - 3,3-V- oder 5-V-Signalen. Diese Werte können auf die in der Automatisierungstechnik verbreiteten 24 V transformiert werden. Möglich ist selbstverständlich auch der umgekehrte Weg: Ein 24-V-Eingang wird mithilfe eines externen Optokopplers auf 5 V umgewandelt. Das Schieberegister digitalisiert dann die Eingänge.

Die Schnittstellen-Lösungen leisten einen wichtigen Beitrag für die Vernetzung aller Komponenten und Systeme einer Maschine oder Anlage. Der durchgängigen digitalen Kommunikation werden somit die letzten Hürden genommen. Aktuelle Praxisbeispiele sind die Ausrüstung von prozessorlosen Ventilen für die Prozessautomation, Messgeräte (z. B. mit einem Ausgang 4...20 mA) oder Schalt- und Anzeigetableaus.

*Michael M. Reiter ist Geschäftsführer der Deutschmann Automation GmbH & Co. KG, Bad Camberg

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