Die Anlagen in der Fabrik- und der Prozessautomatisierung werden immer komplexer und verzweigter. Das bedeutet, dass mehrere sichere Netzwerke gekoppelt werden müssen - auch dann, wenn diese auf Basis unterschiedlicher Steuerungen arbeiten. Lösung ist hier die sichere Querkommunikation über Ethernet.

Maschinen und Anlagen können auf verschiedene Weise sicher miteinander gekoppelt werden. Möglichkeit 1 ist die konventionelle Verdrahtung über potentialfreie Kontakte - diese Variante gilt als Stand der Technik. Bei der Verdrahtung eines digitalen Systems geht allerdings der Kostenvorteil verloren. Der Verdrahtungsaufwand lässt sich reduzieren, wenn man die sicheren Ein- und Ausgänge für die Kopplung an einem Übergabepunkt abgesetzt montiert, über AS-Interface ansteuert und nur noch das kurze Stück am Übergabepunkt konventionell verdrahtet. Eine zweite Möglichkeit der sicheren Kopplung mit Hilfe konventioneller Verdrahtung ist die Verwendung der elektronischen Ein- und Ausgänge über AS-Interface. In diesem Fall können sichere elektronische Ausgänge direkt mit sicheren elektronischen Eingängen verbunden werden. Unter entsprechenden Rahmenbedingungen - Massepunkte auf gleichem Potential, geringe räumliche Abstände - stellt diese Lösung eine kostengünstige Alternative zur erstgenannten Variante dar. Beide Varianten machen allerdings nur dann Sinn, wenn nur wenige sichere Signale miteinander gekoppelt werden.

Variante 3 ist die sichere Kopplung über einen AS-i Koppelkreis, die ohne konventionelle Verdrahtung funktioniert. Diese Lösung bietet sich an, wenn mehr als 62 sichere Signale verarbeitet werden sollen - die Summe, die ein AS-i Doppelmaster dirigieren kann. Auf diese Art können über den Koppelkreis zwar bis zu 31 Gateways sichere Signale austauschen, allerdings muss hierfür ein Extra-AS-i-Kreis verlegt werden.

Wie in komplexen Anlagen mehrere sichere Netzwerke ohne die oben genannten Einschränkungen miteinander gekoppelt werden können? Mit der sicheren Querkommunikation über Ethernet, einer Lösung von Bihl+Wiedemann. Die neue Gateway-Generation verfügt nun auch über einen integrierten Sicherheitsmonitor.

„Jeder hört jeden"-Prinzip

Über die sichere Querkommunikation können bis zu 31 der neuen Gateways miteinander gekoppelt werden, ohne dass an irgend einer Stelle Leistung verloren geht und ohne dass zusätzliche Hardware-Komponenten - abgesehen von Standard-Switches und der Ethernet-Leitung zwischen den Gateways - notwendig sind. Es ist dabei unerheblich, ob es sich um Gateways mit gleichen oder unterschiedlichen Feldbusschnittstellen handelt. Da im Vergleich zur sicheren Kopplung über einen Koppelkreis bei der sicheren Querkommunikation keine AS-i-Adressen verloren gehen und somit in jedem Gateway der komplette Adressumfang zur Verfügung steht, können fast 2.000 Slaves quer durch alle angeschlossenen AS-i Netze auf direktem Weg -unabhängig vom Gesamtkonzept der Anlage - miteinander kommunizieren. Sie haben unmittelbaren Zugriff auf die Eingangs- und Ausgangsdaten aller beteiligten Maschinen und Anlagen(-teile). Die Geräte tauschen nach dem Prinzip „Jeder hört jeden" alle sicheren Signale - bis zu 31 Bits pro Gateway - permanent miteinander aus und stellen sie dem jeweiligen Programm zur Verfügung. So kann jedes Modul in den miteinander vernetzten Kreisen direkt auf neue Informationen reagieren.

Kommunikation über Diagnoseschnittstelle

Realisiert wird die sichere Querkommunikation über ein einfaches Standard-Ethernet-Netzwerk - entweder über die Ethernet-Diagnoseschnittstelle oder über die Feldbusschnittstelle des Gateways. Die Feldbusschnittstelle kann dann benutzt werden, wenn als Feldbus ohnehin schon ein industrielles Ethernet-Derivat wie EtherNet/IP oder Profinet verwendet wird. Eine Entscheidung für die Ethernet-Diagnoseschnittstelle, die bisher schon die Fernwartung via Webserver ermöglichte, empfiehlt sich zum einen dann, wenn Gateways mit unterschiedlichen Feldbusschnittstellen im Einsatz sind. Das ist etwa der Fall, wenn Anwender und Maschinenbauer gezwungen sind, Maschinen und Anlagen(-teile) im Standardbereich mit unterschiedlichen Automatisierungssystemen auszustatten. Oder dann, wenn eine große Anlage nicht auf einmal, sondern in Etappen auf eine neue Steuerungstechnik umgestellt werden soll. Zum anderen lässt sich über die Diagnoseschnittstelle auch ein völlig unabhängiges Netz aufbauen. Das ist vor allem dann wichtig, wenn Büro- und Fertigungskommunikation getrennt voneinander gehalten werden sollen oder wenn es Probleme mit den IP-Adressbereichen gibt.

Ein Gateway wird Manager-Gateway

Damit jedes Gerät gleichzeitig die Daten der Sender hören, verarbeiten und darauf reagieren kann, basiert die Datenübertragung bei der sicheren Querkommunikation auf dem Multicast-Verfahren. So können unterschiedliche Anlagenmodule mit verschiedenen Feldbussystemen zusammengeführt werden. Wichtig ist hier, dass der verwendete Switch Broadcasts verarbeiten und weiterleiten kann. Organisatorisch werden alle Gateways, die miteinander kommunizieren sollen, in einer Gruppe zusammengefasst (Gruppenadresse 1 bis 15). Jedes Gerät dieser Gruppe erhält eine eindeutige Geräteadresse (Geräteadresse 1 bis 31). Bei der Parametrierung wird ein Gateway zum Manager der Gruppe ernannt. Dieser kontrolliert, ob alle beteiligten Geräte im Netzwerk vorhanden sind.

Die komplette Konfiguration der sicheren Querkommunikation erfolgt über die Konfigurationssoftware Asimon 3 G2. Hier werden die Gruppen- und Geräteadressen vergeben und die sicheren Programme der einzelnen Gateways verwaltet. Auch die Information über die IP-Adressen der beteiligten Geräte werden in der Projektstruktur mit abgelegt.

Die Diagnose der sicheren Querkommunikation kann auf verschiedene Arten erfolgen: a) über das Gerätedisplay, wo die Geräteadresse des fehlenden Teilnehmers angezeigt wird, b) über die Konfigurationssoftware, wo die entsprechenden Bits des fehlenden Teilnehmers grau dargestellt werden und ein Popup-Fenster mit einem Hinweis erscheint, c) über das speziell für die sichere Querkommunikation konzipierte Diagnosefenster in der Asimon 3 G2-Software, das den Zustand der Kommunikation zwischen den einzelnen Teilnehmern grafisch in unterschiedlichen Farben anzeigt. Damit behalten die Anlagenbetreiber auch bei komplexen, modularen Anlagenstrukturen den Überblick.