Prozessdaten in Echtzeit über Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat und IT-Funktionen basierend auf TCP/IP über einen einzigen Netzwerkanschluss und eine einzige IP-Adresse übertragen – das bieten Module, von denen jedes einzelne eine vollwertige Kommunikationsschnittstelle für industrielle Netzwerke ist.

Die industrielle Kommunikation wird immer komplexer. Lässt man die Entwicklung der Feldbusse Revue passieren, ergibt sich folgendes Bild: Die erste Generation der Feldbustechnik wurde in den 1980er Jahren entwickelt und die Anforderung an ein Automatisierungsgerät war, dass es über einen Feldbus wie zum Beispiel Profibus kommunizieren konnte. Mit den Echtzeit-Ethernet-fähigen Protokollen wie zum Beispiel Profinet folgte in den 2000er Jahren die zweite Generation der Feldbustechnik. Automatisierungsgeräte müssen seither wahlweise Feldbusse oder Industrial-Ethernet-Standards unterstützen. Die aktuelle Entwicklung geht dahin, dass Automatisierungsgeräte zusätzlich zur Prozessdatenübertragung über Feldbus oder Industrial Ethernet auch Safety-Funktionen und IT-Funktionen unterstützen müssen. Damit werden die Anforderungen an die Kommunikationsschnittstelle eines Automatisierungsgeräts immer vielfältiger.

Ein Automatisierungsgerät, zwei, Schnittstellen, zwei IP-Adressen

Um alle Anforderungen zu erfüllen ist es heute gängige Praxis, ein Automatisierungsgerät mit zwei Netzwerkschnittstellen auszustatten: Eine für die Prozessdatenübertragung über Industrial Ethernet und eine für die IT-Funktionen. Dadurch ist ein Automatisierungsgerät mit Industrial-Ethernet-Schnittstelle oftmals mit zwei IP-Adressen im Netzwerk vertreten. Bei diesem Ansatz entstehen höhere Entwicklungs- und Hardware-Kosten sowie zusätzliche Aufwendungen für die Verwaltung und Netzwerkplanung.
Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass so die Anforderungen der Automobilindustrie nicht erfüllt werden. Denn die Automatisierungsinitiative Deutscher Automobilhersteller (AIDA) fordert, dass alle Kommunikationsfunktionen eines Automatisierungsgerätes über eine einzige Ethernet-Schnittstelle  und über eine einzige IP-Adresse abgewickelt werden.
Um die Anforderungen der AIDA zu erfüllen, müssen Gerätehersteller entweder eine aufwändige und technologisch anspruchsvolle Eigenentwicklung durchführen oder auf die Erfahrung spezialisierter Technologiepartner zurückgreifen. Hier kommt HMS Industrial Networks ins Spiel. Denn das Unternehmen bietet Geräteherstellern eine praxiserprobte und zertifizierte Technologie für die Realisierung einer entsprechend leistungsfähigen Kommunikationsschnittstelle an, bei der Prozessdaten in Echtzeit über Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat und IT-Funktionen basierend auf TCP/IP über einen einzigen Netzwerkanschluss und eine einzige IP-Adresse übertragen werden.

Flexibel wie die Forderungen der Anwender

Die Anforderungen der Hersteller an die IT-Funktionalität sind unterschiedlich. Für viele Hersteller sind Basisfunktionen ausreichend. Aber gerade für Hersteller, die in ihrer Applikation bereits umfangreiche IT-Funktionen implementiert haben, sind Individualität und Flexibilität wichtig. Daher bietet HMS in der Anybus-CompactCom-40er-Serie verschiedene Ausführungen von Kommunikationsschnittstellen an, die sich hinsichtlich der IT-Funktionen in Umfang und Flexibilität unterscheiden. Die Kommunikationsschnittstellen dieser Produktfamilie sind leistungsfähige Embedded Interfaces für schnelle Ethernet-basierte Real-Time-Protokolle, die zusätzlich über denselben Netzwerkanschuss auch industrielle IT-Funktionen ermöglichen. Mit Anybus CompactCom wird das Automatisierungsgerät – wie von der AIDA gefordert – im Netzwerk mit einer einzigen IP-Adresse repräsentiert.
Die Embedded-Kommunikationsschnittstellen der Anybus CompactCom 40er-Serie gibt es für die Industrial-Ethernet-Netzwerke Profinet IRT, Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink, Modbus-TCP und CC-Link IE Field sowie für die Feldbusse Profibus, DeviceNet und CC-Link.

Multi-Netzwerkschnittstelle mit IT-Basisfunktionen

Die Kommunikationsschnittstelle mit IT-Basisfunktionen ist für Hersteller interessant, die den Mikroprozessor ihrer Hauptapplikation nicht mit IT-Funktionen belasten möchten, zum Beispiel weil der Prozessor bereits ausgelastet ist. Das Anybus CompactCom bietet hier den Vorteil, dass der Prozessor der Kommunikationsschnittstelle zusätzlich zu den Echtzeit-Daten des Industrial-Ethernet-Protokolls auch die IT-Daten abwickelt und das Automatisierungsgerät davon komplett entlastet. Auch Hersteller, die keine oder nur wenig Erfahrung mit IT-Funktionen haben, profitieren hiervon. Sie können bei Verwendung von Anybus CompactCom ohne zusätzlichen Aufwand die IT-Basisfunktionen des Kommunikationsmoduls wie FTP- und Webserver, TCP/IP Socket Interface und E-Mail-Client nutzen. Eine weitere Anwendergruppe sind Hersteller, für die IT-Funktionen eher zweitrangig sind. In all diesen Fällen ist aus Sicht von HMS eine Kommunikationsschnittstelle mit IT-Basisfunktionen die richtige Wahl.

Multi-Netzwerkschnittstelle mit maximaler Flexibilität bei IT-Funktionen

Für Gerätehersteller, die hohe Anforderungen an die IT-Funktionen stellen, bietet HMS das Anybus CompactCom auch mit einer RMII-Schnittstelle an. RMII steht für Reduced Media Independent Interface. Über diese Schnittstelle wird der Ethernet-Controller in der Geräte-Hardware des Automatisierungsgerätes direkt angesprochen und ermöglicht so den direkten Zugriff auf die im Gerät implementierten IT-Funktionen. Das RMII fungiert als Datenweiche, die die Industrial-Ethernet-Daten von den IT-Daten trennt. Damit entsprechend schnelle und performante Reaktionszeiten möglich sind, ist die Datenweiche in die Hardware der Kommunikationsschnittstelle integriert. Wie beim Anybus CompactCom mit IT-Basisfunktionen wickelt auch das Anybus CompactCom mit RMII die Übertragung der Echtzeit-Prozessdaten des Industrial-Ethernet-Protokolls völlig eigenständig ab. Die IT-Daten werden jedoch über einen transparenten Ethernet-Kanal an die Hauptapplikation des Automatisierungsgerätes weitergereicht. Das bietet dem Gerätehersteller größtmögliche Flexibilität und Individualität bei den IT-Funktionen.
Das Anybus CompactCom mit transparentem Ethernet-Kanal ist für Hersteller gedacht, die bereits über viel Erfahrung im IT-Umfeld besitzen und in ihrem Automatisierungsgerät ein eigenes Betriebssystem wie zum Beispiel Linux nutzen. Meist sind TCP/IP-basierte IT-Protokolle Bestandteil des Betriebssystems, sodass die Gerätehersteller die gewünschten IT-Funktionen direkt in ihrer Applikation realisieren können. Eine weitere Anwendergruppe sind Hersteller, die bereits umfangreiche IT-Funktionen für ihr Gerät entwickelt haben und nun vor der Herausforderung stehen, das Automatisierungsgerät an neue Industrial-Ethernet-Netzwerke anzubinden. Dank der RMII-Schnittstelle im Anybus CompactCom können diese Hersteller ihre IT-Funktionen weiterhin nutzen und trotzdem von der Multi-Netzwerkfähigkeit des Anybus-Konzepts profitieren.

Synchrone Prozessdatenübertragung in Echtzeit

Die Kernkompetenz von HMS sind Multi-Netzwerkschnittstellen für Realtime-Industrial-Ethernet wie Profinet IRT, Ethernet/IP, Ethercat etc. Egal, für welche IT-Variante des Kommunikationsmoduls sich ein Gerätehersteller entscheidet: Er profitiert davon, dass die Kommunikationslösungen von HMS vor-zertifiziert sind und den jeweils aktuellsten Protokollspezifikationen entsprechen. Aufgrund der standardisierten Hardware- und Software-Schnittstelle können Gerätehersteller mit Anybus CompactCom Netzwerkanbindungen für mehrere industrielle Netzwerke in einem einzigen Entwicklungsprojekt realisieren. Sollte der Gerätehersteller zunächst nur die Anbindung an ein Netzwerk wie zum Beispiel Profinet benötigen, kann er später die Anbindung für weitere Netzwerke mit überschaubarem Aufwand ergänzen.
Alle Kommunikationsfunktionen sind auf einem kompakten Kommunikationsmodul realisiert. Der Gerätehersteller muss sich nicht um die Details der Protokolle kümmern, sondern greift über eine standardisierte Applikationsschnittstelle auf die Daten zu. Die Anybus CompactCom 40er-Serie unterstützt alle gängigen Industrial-Ethernet-Protokolle und eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen schnelle Echtzeitkommunikation im Vordergrund steht.
Sollen TCP/IP-basierte IT-Funktionen vorwiegend für Wartungs- und Diagnosezwecke den Funktionsumfang des Automatisierungsgerätes abrunden, empfiehlt HMS das Anybus CompactCom mit IT-Basisfunktionen.
Das Kommunikationsmodul mit RMII-Schnittstelle und transparentem Ethernet-Kanal ist für Gerätehersteller gedacht, die hohe Anforderungen an den TCP/IP-Datendurchsatz haben, aber dennoch nicht auf die Vorteile einer leistungsfähigen, zertifizierten Multi-Netzwerkschnittstelle für die Prozessdatenübertragung in Echtzeit verzichten möchten.

Welches Format darf es sein?

Die Kommunikationsschnittstellen der Produktfamilie Anybus CompactCom gibt es sowohl mit IT-Basisfunktionen oder RMII für den transparenten Ethernet-Kanal als auch in den drei Formfaktoren Modul, Brick und Chip. Gerätehersteller kommen am schnellsten mit dem einbaufertigen, in sich gekapselten Kommunikationsmodul zum Ziel. Beim Modul ist die komplette Hard- und Software der Kommunikationsschnittstelle einschließlich Netzwerkstecker in ein Kunststoffgehäuse integriert. Das Modul ist als Einschubmodul konzipiert, das in den entsprechenden Steckplatz im Automatisierungsgerät eingesteckt wird. Die Bricks lassen dem Entwickler mehr Freiheitsgrade bei der Auswahl der Steckverbinder und der Positionierung der Kommunikationsschnittstelle. Hersteller, die ihre Geräte in sehr hohen Stückzahlen fertigen und daher oft auf Modularität verzichten, können das Anybus CompactCom als Chip nebst Software-Stacks lizenzieren und so die Anybus-Kerntechnologie nahtlos in ihre Geräteelektronik integrieren. Die HMS Solution Center realisieren auch individuelle Ausführungen nach Kundenanforderung und die Experten aus dem Bereich Technical Services unterstützen die Hersteller auf Anfrage bei der Implementierung der Anybus-Technologie.
Mit dem Einsatz der Anybus-Technologie setzen Gerätehersteller auf eine flexible und zukunftsfähige Lösung. HMS entwickelt die Produktfamilie kontinuierlich weiter und wird neue Protokolle wie OPC UA, MQTT oder TSN im Zuge der technischen Weiterentwicklung Schritt für Schritt ergänzen.