Externe Gateways und interne Schnittstellen vernetzen die Komponenten So finden Sie schnell Anschluss an die industriellen Kommunikation

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Automatisierungstechnik wird immer multifunktionaler, mit der Folge eines unaufhörlich steigenden Datenaufkommens. Eine wachsende Zahl von Kommunikationssystemen bietet dafür entsprechende aber auch kaum überschaubare Lösungen. Deutschmann Automation stellt deshalb zur einfachen Handhabung eine große Auswahl externer Gateways und interner Schnittstellen zur Verfügung.

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Protokollkonverter Unigate CL verfügbar für alle Feldbusse und Industrial-Ethernet.
Protokollkonverter Unigate CL verfügbar für alle Feldbusse und Industrial-Ethernet.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Vielfalt an Feldbus- und Ethernet-Protokollen in der Automatisierungstechnik nimmt stetig zu. Ein besonders rasantes Wachstum ist derzeit bei den Industrial-Ethernet-Protokollen zu verzeichnen. Allein auf der Homepage von Prof. Jürgen Schwager von der FH Reutlingen werden derzeit 22 Echtzeit-Ethernet-Protokolle genannt. Man kann davon ausgehen, dass davon zumindest fünf bis maximal zehn in unterschiedlichen Anwendungen verstärkt zum Einsatz kommen werden. Aber damit ist die Verbreitung der bewährten Feldbusse längst nicht gestoppt. Im Gegenteil: Auch hier werden hohe Wachstumsquoten vermeldet. So gibt es allein von Profibus mittlerweile über 12 Mio. Knoten.

Alle Hersteller und Anwender von Geräten, Komponenten und Systemen für die Automatisierungstechnik müssen sich mit dem Thema der digitalen Kommunikation beschäftigen und entscheiden, welche Protokolle abhängig von der jeweiligen Anwendung unterstützt werden sollen. Sie stehen oft vor dem Problem, in kurzer Zeit Feldbus- oder Ethernetschnittstellen für elektro- oder automatisierungstechnische Komponenten zur Verfügung stellen zu müssen. Aufgrund der Vielfalt der vorhandenen Kommunikationsprotokolle kann dies schnell zu einer Überforderung der Entwicklungsabteilungen führen. Dabei lassen Einarbeitungs- und Entwicklungszeiten, Lizenzgebühren, Entwicklungstools, Schulungen, Testequipment und die Feldbusvielfalt die Kosten in die Höhe schnellen.

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Gateways für den schnellen Busanschluss

Mit den externen Gateways und den internen Schnittstellen von Deutschmann Automation in verschiedenen Formfaktoren lassen sich Produkte und Systeme im Handumdrehen Feldbus- oder Industrial-Ethernet-fähig machen. Fünf unterschiedliche Serien mit verschiedenen Varianten werden angeboten, die allen Anforderungen gerecht werden. Alle Varianten einer Serie haben jeweils die gleichen mechanischen Abmessungen und einen identischen Aufbau auf der seriellen Seite.

Mit den Hutschienenmodulen der Serie Unigate SC muss vorausgesetzt werden, dass die anzuschließende Komponente über eine serielle Schnittstelle verfügt. Diese Gateways, die sich in dieser Bauform bereits seit elf Jahren im Markt bewähren, setzen dann die Signale von der seriellen Schnittstelle auf eine gewünschte Feldbus- oder Ethernetvariante um. Erhältlich sind die Module mit den Interfaces RS232 und RS485 oder RS232 und RS422 für die Kommunikationsprotokolle Arcnet, CANopen, DeviceNet, Ethernet 10 Mbit, Interbus, LonWorks und Profibus DP. Die Kommunikation zwischen der seriellen Seite und dem Bus wird über ein Script gesteuert. Das Script wird über das kostenfreie PC-Tool-Protocol Developer erstellt; wahlweise vom Anwender selbst oder von Deutschmann Automation als Dienstleistung. Die Scriptsprache ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Programmierung, ohne an der Firmware des Produkts etwas ändern zu müssen. Dabei wird es optimal auf die Anforderungen des Endgeräts angepasst. Das einmal erstellte Script kann praktisch ohne Änderungen auf die anderen Feldbus-Varianten der Module eingesetzt werden. Die Scripttechnik erlaubt es, komplexe Protokolle nachzubilden, Daten weiterzuverarbeiten und zwischen zu puffern oder zu verrechnen. Sie kann damit auch weitere Aufgaben über die Buskommunikation hinaus übernehmen.

Im Unterschied zu dieser Serie werden die Hutschienenmodule der Serie Unigate RS über die kostenfreie Software Wingate konfiguriert. Der Anwender hat also die Wahl: Entweder er nutzt die flexible Scriptsprache und entscheidet sich für die Serie Unigate SC oder er konfiguriert auf einfache Weise mit Wingate die Module der Serie Unigate RS. Für die Kommunikation zwischen der seriellen Seite und dem Bus sind die marktgängigen Protokolle Modbus ASCII , Modbus RTU (Master und Slave), RK512, 3964R, Universal-232-Protokoll und andere implementiert. Die Module der Serie Unigate RS stehen für Arcnet, CANopen, DeviceNet, Ethernet 10 Bit, Interbus und Profibus zur Verfügung.

In einigen Anwendungen müssen Daten von einem Feldbussystem zum anderen transferiert werden. Diese Aufgabe übernimmt eine weitere Serie, die Module Unigate FB im Hutschienengehäuse, die von einem Feldbus auf einen anderen bzw. auf Ethernet umsetzt. Lieferbar sind alle Varianten zwischen CANopen, DeviceNet, Ethernet TCP/IP, Modbus TCP Interbus, Profibus DP, MPI, LonWorks, Modbus RTU, Modbus ASCII, RK512, 3964R, EtherCAT, Powerlink, Ethernet/IP und Profinet.

Beides ist möglich: Konfigurieren oder Programmieren

In besonders kompakter Bauweise stehen für die einfache Montage auf der Hutschiene die neue Serie der Feldbus-Gateways Unigate CL zur Verfügung. Das Gateway, welches die seriellen Schnittstellen RS-232, RS-485 und RS-422 on-board hat, reicht die Daten wie ein Protokollkonverter an das Bussystem weiter. Zur Verfügung stehen Module für alle wichtigen Bussysteme dazu gehören CANopen, DeviceNet, Ethernet TCP/IP, Interbus und Profibus, LonWorks, Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP, 3964R, RK512 sowie MPI. Außerdem gibt es Varianten für die Industrial-Ethernet-Protokolle Powerlink, Profinet, Ethernet/IP und Ethercat. Weitere industrielle Kommunikationssysteme, z.B. Bacnet, sind in Planung.

Bei der Serie Unigate CL kann der Anwender beide Möglichkeiten nutzen Konfigurieren oder Programmieren: Die Anpassung an das Produkt bzw. an das Protokoll lässt sich entweder mithilfe des Tools Wingate konfigurieren. Oder es wird ein Script programmiert, welches sich über das kostenfreie PC-Tool Protocoll Developer erstellen lässt. Diese hohe Flexibilität stellt ein Alleinstellungsmerkmal im Gateway-Bereich dar. Sowohl auf der seriellen als auch auf der Busseite stehen Status-LED und Drehcodier-Schalter zur Verfügung. Weiterhin dienen vier LEDs der Diagnose. Die Schutzart des Gateways ist IP24; mit einem zusätzlichen Gehäuse kann sogar IP67 erreicht werden. Da alle Varianten die gleichen mechanischen Abmessungen und einen identischen Aufbau auf der seriellen Seite haben sowie die einmal erstellten Scripte nahezu identisch auch für andere Protokolle genutzt werden können, spart der Anwender zusätzlich erheblichen Engineering-Aufwand, wenn er mehrere Kommunikations-Protokolle bedienen will.

Einbaufertige Schnittstellen-Knoten in IC-Bauform

Besonders Hersteller von Automatisierungs-Komponenten profitieren davon, dass es auch einbaufertige, in die Komponenten integrierbare Feldbusknoten gibt. Diese Kommunikationsmodule in Miniatur-Bauform werden von Deutschmann Automation unter der Bezeichnung Unigate IC angeboten. Sie stehen für alle führenden Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systeme zur Verfügung und werden ständig entsprechend den aktuellen Marktentwicklungen erweitert sowie sich ändernden Standards angepasst. Die Schnittstellen-ICs gibt es für Profibus DP, MPI, Interbus 8 Byte und 32 Byte, DeviceNet, CANopen, LonWorks , Ethernet TCP/IP, Modbus TCP, Modbus RTU und Modbus ASCII. Außerdem werden die Industrial-Ethernet-Protokolle EtherNet/IP, Powerlink, Profinet und Ethercat unterstützt. Die in Hybridtechnik aufgebauten All-in-one-Module beinhalten auf einer Fläche von 45 × 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 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 bzw. durch ein Redesign ins Produkt bringen. Schon verfügt das Gerät über eine integrierte Feldbus- bzw. Ethernet-Schnittstelle bei sehr geringem Entwicklungsaufwand. Die offene Bauform der Module ermöglicht im Gegensatz zu geschlossenen Lösungen eine höhere Flexibilität für das Geräte-Design: Das Modul kann sich besser den Gegebenheiten der Geräteelektronik anpassen. 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.

Die Durchgängigkeit der Schnittstellen-IC in Hard- und Software gestattet es, mit der einmaligen Änderung an der Elektronik nicht nur einen Bus zu implementieren, sondern vielmehr steht die gesamte angebotene Feldbus- und Industrial-Ethernet-Auswahl zur Verfügung. Der Entwicklungsaufwand für die Unternehmen ist gering. Durch die Verwendung der Module wird der Entwicklungsaufwand um geschätzte 70 bis 80 Prozent reduziert. Außerdem können die Komponentenhersteller schnell auf sich ändernde Marktverhältnisse reagieren. Das Time-to-Market wird beschleunigt. Die Steuerung der Kommunikation zwischen dem Gerät und dem Bus übernimmt wiederum das über den Protocol-Developer erstellte Script.

Beim Einsatz in Geräten mit eigenem Mikroprozessor werden die Kommunikations-Schnittstellen 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.

Auch prozessorlose Endgeräte anschließen

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.

Das Handling der unterschiedlichen Anzahl von Input- und Output-Signalen übernimmt die Firmware der Unigate-IC-Bausteine. 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.

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