Einführung, Protokolle und Implementierung

Mit dem neuen eintägigen Real-time Ethernet Seminar greift IXXAT ein aktuelles Thema auf und ermöglicht es sowohl Entwicklern also auch Entscheidern sich einen schnellen Überblick über die wichtigen aktuell verfügbaren Protokolle sowie deren spezifische Eigenschaften und Besonderheiten bei der Implementierung zu verschaffen.

Im Seminar werden die Protokolle EtherNet/IP, Profinet RT & IRT, POWERLINK, EtherCAT, und SERCOS III vorgestellt. Hierbei werden neben den funktionalen Kriterien, wie z. B. die erreichbare Echtzeitfähigkeit, Modellierung der Prozess- und Parameterdaten sowie der Datenübertragungsfunktionen, auch Implementierungsmöglichkeiten, Erweiterungsfähigkeit, Flexibilität sowie die Verbreitung der Protokolle behandelt.

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Konformität des Industrial Ethernet Moduls (IEM) als Teil des IXXAT POWERLINK Starterkits nachgewiesen.

Als eines der ersten Geräte erhält das IXXAT POWERLINK Starterkit Controlled Node (CN) das offizielle Zertifikat des EPSG POWERLINK Conformance Tests. Das Starterkit besteht aus dem IXXAT Industrial Ethernet Modul sowie einem Trägerboard und einem CPU-Modul mit einer Demo-Applikation. Das IEM als Basishardware für verschiedene Realtime Ethernet Protokolle basiert in der Protokollvariante POWERLINK auf dem IXXAT POWERLINK Stack und verfügt über einen integrierten Ethernet-Hub für die 2-Port-Netzwerkanschaltung.

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Von Christian Schlegel, IXXAT Automation GmbH

Der Markt verlangt zunehmend nach Geräten mit Ethernet-basierten Kommunikationsschnittstellen. Da es wie bei den klassischen Feldbussen auch bei Real-Time Industrial Ethernet nicht nur ein Protokoll gibt, das von Geräteherstellern unterstützt werden muss, Ethernet jedoch nicht gleich Ethernet ist, sind Lösungen zur Integration der verschiedenen Industrial Ethernet Protokolle gefragt, welche die Anzahl der verschiedenen Ethernet-Anschaltungen minimieren und damit den Hardwareaufwand als auch den Softwareaufwand minimieren.

Obwohl es mit den Bemühungen der IAONA bereits kurz nach dem ersten Aufkommen von industriellen, Ethernet-basierenden Kommunikationssystemen den Versuch gab, eine möglichst einheitliche Lösung für die industrielle Kommunikation auf Basis von Ethernet zu finden, gibt es in der Zwischenzeit eine Vielzahl von Lösungsansätzen. In der IEC 61158 sind derzeit 11 Lösungen standardisiert, die aber lediglich auf der physikalischen Ebene zueinander kompatibel sind und auf teilweise völlig unterschiedlichen Lösungsansätzen beruhen. Wie im Anschluss an den in den achtziger Jahren tobenden sog. “Feldbuskrieg”, werden sich letztlich wieder einige Lösungen als wirklich marktfähig erweisen. Neben den Lösungen Profinet und Ethernet/IP der Marktführer für Automatisierungstechnik Siemens/PNO und Rockwell/ODVA ist abzusehen, dass sich im europäischen Raum noch die Lösungen EtherCAT (Beckhoff/ETG), POWERLINK (B & R/EPSG) sowie Sercos III (Bosch-Rexroth/ITG) durchsetzen werden.

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Powerlink mit redundantem Managing Node gemäß Spezifikation V 1.1.0 und WDS 302-A

Ein entscheidendes Sicherheitskriterium in der industriellen Kommunikation ist die Systemverfügbarkeit bei Ausfall wesentlicher Bestandteile des Netzwerks, wie z.B. dem Kommunikations-Master oder der Netzwerkverbindung (Kabel). Um eine hohe Systemverfügbarkeit zu gewährleisten, muss sowohl die Verfügbarkeit des Controllers als auch die des Netzwerks gewährleistet sein.

Für Powerlink gab es aus diesem Grund bereits sehr früh Überlegungen für eine hochverfügbare Controller-Lösung, die nun in EPSG WDP 302-A spezifiziert und durch IXXAT realisiert wurde.

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Unterstützung aller wichtigen Industrial Ethernet Protokolle.

Auf der diesjährigen SPS/IPC/DRIVES in Nürnberg stellt IXXAT das neue Industrial Ethernet Modul vor, das den Kunden die einfache Anbindung ihres Geräts an Netzwerke ermöglicht, die auf einem industriellen Ethernet Standard basieren.

Das neue Industrial Ethernet Modul wurde von Grund auf für den Einsatz mit den verschiedensten Protokollstandards entworfen.
Hierbei kommt ein leistungsfähiges Altera Cyclone III FPGA zum Einsatz und es wurde besonderer Wert auf niedrige Herstellkosten für das Modul gelegt.
Das neue Industrial Ethernet Modul ist damit leistungsfähiger, preisgünstiger, kleiner und universeller einsetzbar als das Vorgängermodell.

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Mit dem neuen Device Description Explorer bietet IXXAT ab sofort ein Tool zur Betrachtung und Konvertierung von CANopen und POWERLINK Gerätebeschreibungsdateien entsprechend CiA 306 und CiA 311 sowie der kommenden EPL V2.0 XML Spezifikation an.

Die internationale Anwender- und Herstellervereinigung “CAN in Automation (CiA)”, unter deren Leitung auch die CANopen Spezifikationen entwickelt werden, veröffentlichte 2007 ein neues XML-basiertes Gerätebeschreibungsformat: CiA 311 – CANopen device description. CiA 311 basiert auf der Spezifikation ISO 15745-1:2003, welche allgemeine Elemente und Regeln für die Beschreibung von Integrationsmodellen und Profilen für die Interoperabilität von Anwendungen definiert. Aufgrund zahlreicher Erweiterungen des CANopen Standards, welche nicht durch das in CiA 306 spezifizierte EDS-Format abgedeckt werden, wurde ein neues und flexibleres Gerätebeschreibungsformat benötigt.
Zusätzlich zu den generellen Vorteilen einer XML-basierten Syntax, ermöglicht das Format entsprechend CiA 311 die Verwendung von lokalen Gerätebeschreibungsdateien, ein Vorteil, der bei der zunehmend globalen Akzeptanz von CANopen immer wichtiger wird.

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Entspricht der aktuellen Powerlink
Spezifikation DS 1.0.0.

Die aktuelle Version 1.04.05 des Powerlink-Stacks der IXXAT Automation GmbH verfügt über die folgenden neuen Leistungsmerkmale:

• Knotenüberwachung auf Controlled Nodes (CNs) mittels Objekt 0×1016

• Knterstützung aller Prioritätsstufen auf dem Managing Node (MN) zur Vergabe des asynchronen Kommunikationskanals

• Unterstützung aller mandatory und vieler optionaler Objekte entsprechend der Powerlink Spezifikation DS 1.0.0

• Änderung der Node-ID über das Objektverzeichnis zur Laufzeit

• Tool zur Konfiguration des Stacks mit eigener GUI zur Skalierung und Generierung der IXXAT Powerlink-Software (insbesondere statische Parameter und Objektverzeichnis)

• Umschaltung der MN/CN-Funktionalität zur Laufzeit durch Ändern der Node-ID

• Diverse Bug-Fixes und Anpassungen zur Erhöhung der Kompatibilität mit den Implementierungen anderer Hersteller

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Neben unserer umfassenden Firmenwebseite in deutscher und englischer Sprache, haben wir für alle internationalen Interessenten und Kunden seit Mitte Juni eine weitere Plattform im Internet geschaffen.

Die neuen, mehrsprachigen Technologieseiten geben einen Überblick über die Produktpalette von IXXAT in englischer, deutscher, spanischer, italienischer, französischer, schwedischer und japanischer Sprache.

Besucher erhalten somit, in Ihrer Sprache, eine Kurzbeschreibung der jeweiligen Produkte und können bei Bedarf einfach via Link auf die IXXAT-Hauptseite wechseln, um ausführliche Produktinformationen in englischer Sprache zu erhalten.

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Mit dem Powerlink FPGA IP-Core bietet IXXAT eine Lösung an, mit der die Powerlink Managing-Node (MN) Funktionalität schnell und preisgünstig in beliebige Host-Systeme integriert werden kann.

Entscheidende Vorteile dieser Implementierung auf Basis eines FPGA sind vor allem die hohe Flexibilität, die Unabhängigkeit von einem Hersteller, sowie die niedrigen Entwicklungskosten und damit auch die kurze Realisierungszeit. Aufgrund der Rekonfigurierbarkeit der FPGA-Lösung ist auch die Implementierung verschiedener Real-Time Ethernetprotokolle auf derselben Hardware-Plattform möglich.

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IXXAT und Altera kooperieren bei FPGA-basierten Lösungen für Industrial Ethernet Protokolle.

Ethernet-basierende Kommunikationsprotokolle wie PROFINET, Ethernet/IP, EtherCAT, Powerlink oder SERCOS III werden in zunehmendem Maße in industriellen und anderen Anwendungsbereichen eingesetzt. Die hierfür verfügbaren Konzepte basieren zwar alle auf Ethernet, erfordern auf Grund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften und Anforderungen jedoch unterschiedliche hard- und softwaretechnische Lösungskonzepte. Für den Gerätehersteller stellt sich hierdurch das Problem, dass er für jedes Protokoll eine unterschiedliche Hard- und Softwarelösung in sein Gerät implementieren müsste. Realisiert man die Geräteanschaltung dagegen auf Basis der FPGA-Technologie, so ist es möglich, mit einer einzigen Hardwarebaugruppe bzw. einem Hardwaredesign alle Protokolle zu realisieren.

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