Plug-and-Play-Lösungen durch standardisierte Busprofile

Einheitliches Netz nutzt die Stärke jedes Gerätes

Bei industriellen Bussystemen reichen den Maschinenbauern die bisher gebotenen Definitionen von Geräteprofilen nicht aus. Weil sie sich nicht mit Details beschäftigen wollen, wünschen sie sich unabhängige Anwendungsprofile. Bei CANopen werden sie fündig, wie eine VDMA-Tagung in
Frankfurt/M. gezeigt hat.

Ethernet ist das mit Abstand am weitesten verbreitete Kommunikationssystem in der Informationstechnik und findet immer mehr seinen Platz im industriellen Umfeld. Der Grund hierfür ist, dass die Automati­sierungswelt die Vorteile der etablierten IT-Welt - nämlich die Durchgängigkeit des Systems durch einheitliche unabhängige Profile - für sich nutzen will. Für das Vernetzen in der Feldebene oder in einzelnen Maschinen und Anlagen gelten die gleichen Bedingungen. Nur so lassen sich ohne große Detailkenntnisse Geräte und Komponenten herstellerunabhängig miteinander vernetzen.

Auf dem Weg dahin wurden für die Feldbusse CANopen, Devicenet, Interbus oder Profibus bereits bussystemspezifische Profile entwickelt. Das heißt, innerhalb eines Systems können die Geräte an den einzelnen Bussen untereinander kommunizieren. Viele Anwender schränkt das jedoch ein, weil sie nur auf das von einigen Firmen getragene Produktspektrum zurückgreifen. Der nächste Schritt in Richtung Offenheit wären logischerweise busunabhängige Profile. Doch das bisher einzige unabhängige Anwendungsprofil veröffentlichte der Frankfurter VDMA im Fachverband Fluidtechnik für Hydraulikgeräte. Nur das stellt eine noch weitergehende Standardisierung der Kommunikation dar. Peter Früauf vom VDMA-Fachverband Industrial Communication forderte deshalb die Maschinen- und Anlagenbauer auf, sich aktiv an der Standardisierung der Geräte-, Schnittstellen- und Anwendungsprofile zu beteiligen. Er machte klar, dass nur Anwender Know-how praxisgerechte Spezifikationen definieren kann. "Wünschenswert wären bussystem- und netzwerkunabhängige Profile, so dass ein Paradigmenwechsel möglichst einfach ist", sagte Früauf. Erste Ansätze gibt es bereits. "Einige Buskonsortien wie EthercatTechnology Group, Ethernet Powerlink Standardization Group oder 1394-Automation haben angekündigt, die CANopen-Profilfamilie zu adaptieren", erklärte Holger Zeltwanger.Vorstandsmitglied der internationalen Anwender- und Herstellervereinigung Can in Automation (CiA). Denn mit dem Can-Open-Ansatz ist eine weitgehend offene Lösung seit Jahren im Markt.Vertreten durch die CiA,arbeitet hier eine Vielzahl von meist mittelstän­dischen Unternehmen an Applikationsprofilen. Ein Beispiel stellt das Anwendungsprofil für Extruder-Nachfolgegeräte dar. Es wurde von der CiA in Zusammenarbeit mit der europäischen Euromap-Organisation (VDMA) definiert. Der VDMA nahm dies zum Anlass, Anfang des Jahres das Treffen "Can-Open-Profile - Anwendungen im Maschinenbau" zu veranstalten. Mehr als 60 Teilnehmer diskutierten über den Stand bei der Standardisierung. Mit dabei waren Maschinenbauer, die Anforderungsprofile vorstellten aus den Bereichen Abfallsammelfahrzeuge, Personen- und Lastenaufzüge, Extruderanlagen, Druckmaschinen sowie Hydrauliksysteme. Die Mehrzahl der Referenten machte deutlich, dass heute immer mehr eine Plug-and-Play-Fähigkeit gefordert wird, da die Systemintegratoren sich nicht mit den Details der Kommunikation beschäftigen möchten. Positiv hoben sie die Arbeitskreise hervor, die die Profile schnell und unbürokratisch erstellten, wozu die Moderation und Editier-Arbeit der CiA-Mitarbeiter entscheidend beigetragen haben. Ein Ergebnis aus der Zusammenarbeit von Herstellern und Anwendern beim Definieren von CANopen-Profilen ist das Modell Müllauto. Andreas Schmidt von der Moba

Das bisher einzige unab­hängige Feldbusprofil veröffentlichte der VDMA für Hydraulikgeräte. Erst sie stellen eine noch wei­tergehende Standardisie­rung der Kommunikation dar (Bild: Bosch Rexroth)

Mobile Automation GmbH aus Dresden entwickelte das Profil unter der Bezeichnung Clean-Open (CiA 422) für Abfallsammelfahrzeuge. Das komplette Steuerungssystem für "Müllautos", basierend auf einem Konzept von virtuellen Geräten, un­terstützt auch der Bund Deutscher Entsorger (BDE). Dass dies auch in der Praxis funktioniert, konnten Messebesucher auf der Entsorga in Köln im Herbst 2003 erfahren. Das Anwendungsprofil soll jetzt im Frühjahr veröffentlicht und dann zur internationalen Normung eingereicht werden. Aus dem Bereich der Aufzugsteuerungen präsentierte Jörg Hellmich von der Böhnke + Partner GmbH das Anwendungsprofil für Aufzugssteuerungen (CiA 417). Das Unternehmen aus Bergisch Gladbach zeigte auf der Interlift-Messe in Augsburg im Herbst 2003 erste Prototypen-Installationen. Dieses offene Lift-Profil wurde von der mittelständischen Aufzugindustrie in hohem Maße gefördert und mitentwickelt.

Peter Früauf vom VDMA-Fachverband Industriell Communi-cation (Bild: VDMA):

"Die Maschinen- und Anlagenbauer müssen sich aktiv an der Standardisierung beteidigen."

Die vierteilige Spezifikation unterstützt die Beschreibung von acht Steuerungen für bis zu 127 Etagen. Insgesamt können in einer Anlage damit mehrere 1000 virtuelle Geräte vernetzt sein. Da in einem physikalischen CANopen-Netzwerk nur maximal 127 Geräte vorgesehen sind, haben die Aufzugbauer transparente Gateways installiert. Als einzigen Wermutstropfen nennt Jörg Hellmich die geringe Akzeptanz bei den Antriebsherstellern. "Sie sind die einzigen, die das Profil noch nicht umgesetzt haben. Aber mit etwas Konfigurationsaufwand können wir CANopen-Antriebe nach CiA DSP 402 in unsere Liftanlagen einbinden", sagte der Aufzugspezialist.

Geräteprofile für Bogenoffset-Druckmaschinen, die von einem privaten Firmenkonsortium entwickelt wurden, stellte Edgar Sauer von der Heidelberger Druckmaschinen AG vor.

Bei der Definition wurde besonderer Wert darauf gelegt, dass herstellerspezifische Funktionen beschreibbar sind. Die Profile bieten also einen Rahmen, der von den Druckmaschinen-Herstellern in Absprache mit den Subsystem-Lieferanten noch ausgefüllt werden muss. Die Leitstandbedienung der Peripheriegeräte ist einer der wichtigsten

CiA-Vorstandsmitglied Holger Zeltwanger (Bild: CiA):

"Einige Buskonsortien wie Ethercat Technology Group, wollen die Can-Open-Profile adaptieren."

Vorteile. "Auch das Mehrfachverwenden von Daten und eine Querkommunikation zwischen den Peripheriegeräten sind wich­tige Funktionen, die sich mit Can-Open realisieren lassen", berichtete Sauer. Peter Hammer aus Wien entwickelte Profile für Extruder-Nachfolgegeräte (CiA 420). "Über die Hälfte der Extruder-Hersteller werden diesen Standard unterstützen", betont der Mitarbeiter der Cincinnati Extrusion GmbH. Anwender und Hersteller haben es geschafft, in weniger als einem halben Jahr erste Referenzanlagen aufzubauen. In dem Arbeitskreis waren mindestens zwei Gerätehersteller betei­ligt. Dies garantiere nicht nur eine hohe Akzeptanz, sondern auch eine hohe vielseitige technische Kompetenz. CANopen-Implementierungen des bus-systemunabhängigen VDMA-Geräteprofils für "Fluid PowerTechnology" ist das Spezialgebiet algebiet von Alexander Meißelbach. Der Mitarbeiter der Bosch Rexroth AG aus Lohr berichtete über die Hintergründe beim Entwickeln des Profils: "Unser Hauptwettbewerb ist eigentlich die elektrische Antriebstechnik, und da diese bereits standardisierte Geräteprofile für verschiedene Bussysteme hatten, waren wir in Zugzwang geraten". Das Umsetzen auf CANopen erfolgte in einem eigenen CiA-Dokument (DSP 408) und beschreibt sowohl einfache Ventile als auch komplexe Hydraulikregler. "Mit diesen Komponenten haben wir eine Gleichstellung hydraulischer und elektrischer Antriebe hinsichtlich Funktion, Interface und Bedienung erreicht," berichtete Meißelbach. Die Kommunikation in sicherheitsrelevanten und kritischen Anwendungen war Thema von Heinz Gall. Der Mitarbeiter der TÜV Rheinland Berlin Brandenburg Anlagentechnik GmbH aus Köln befasst sich mit Anforderungen an Kommunikationssysteme in Normen und Prüfvorschriften. Alle   Normen   für   sicherheitsrelevante

Standard-Schnittstellen

und Anwendungsprofile

müssen entwickelt werden

Maschinen  und Anlagen  bauen  auf die Basisnorm IEC 61508 auf.Auch die derzeitige Norm EN 954 (siehe auch Seite 24) wird in dieser Richtung überarbeitet. Für CANopen-Anwendungen gibt es ein Sicherheitsprotokoll (CiA 304), mit dem man den Sicherheitslevel (SIL) 3 nach IEC 61508 erreichen kann. Der TÜV-Mitarbeiter erwähnte, dass in der neuen EN-Norm 954 zusätzlich Performance-Level definiert werden, die es ebenfalls zu berücksichtigen gelte. Unter Federführung der CiA implementiert derzeit ein Firmenkonsortium das Safety-Protokoll in einem 16-Bit-Mikrocontroller, um beim Tüv Rheinland zertifiziert zu werden. "Dieser Chip vereinfacht das Entwickeln von sicherheitsrelevanten Geräten," unterstreicht Heinz Gall, "und ist vor allem für mittelständische Firmen interessant, denen das Zertifizieren einer eigenen sicherheitsrelevanten Kommunikationsschnittstelle zu aufwendig und zu teuer ist."

Deshalb brauchen wir Profile

Für viele industrielle Bussysteme und Netzwerke sind bisher nur Rahmen­richtlinien zur Definition von Profilen oder herstellerspezifische Geräteprofile verfügbar. In den Profilen sind

• die interne Geräteadresse, die Zugriffsart "Lesen" oder "Schreiben",
• der Datentyp,
• der zulässige Wertebereich und
• die Bedeutung festgelegt.

Optional können noch physikalische Einheiten (Sl-Einheiten), Offset-Werte und zeitliches Verhalten festgelegt sein. In Geräteprofilen werden außerdem Anwendungsfunktionen beschrieben. Anwendungsprofile spezifizieren also nicht nur die Kommunikation einer Geräteschnittstelle, sondern auch die Kommunikation aller Geräte in einer Anwendung. Erst mit Profilen entsteht eine einheitliche Basis, über die die Geräte verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können.

Aus der Zeitschrift "INDUSTRIE ANZEIGER" Nr. 8/9 2004 Vom Redaktionsmitglied Werner Möller

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