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Bild: Dosecreative, iStock
Industrial Ethernet

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Weniger Schnittstellen

Text: Peter Lutz, Sercos
Welche Kunst ist wohl schwieriger: Ohne Schneiden aus Papier alles Mögliche zu falten oder aus mehreren Kommunikationsprotokollen eine gemeinsame Netzwerkinfrastruktur zu betreiben? Mit einer multiprotokollfähigen Lösung ist zumindest letzteres einfacher geworden. In der richtigen Kombi bietet sie gleichzeitig noch einen durchgängigen ­Datenaustausch zwischen Maschinenperipherie und übergeordneten IT-Systemen.

Zwar verwenden immer mehr Hersteller Industrial-Ethernet-Lösungen. Doch machen sie funktionierende Systeme auf Basis der traditionellen Feldbusse nicht automatisch obsolet. Darüber hinaus gibt es eine ganze Reihe konkurrierender Kommunikationsprotokolle, die zwar auf Ethernet basieren, aber in Bezug auf das Kommunikationsprotokoll und die eingesetzten Geräteprofile nicht kompatibel, geschweige denn interoperabel sind. Hinzu kommt, dass die meisten Kommunikationsprotokolle in einer gemeinsamen Netzwerk-Infrastruktur nicht koexistieren können, ohne dass die Performance und Echtzeitcharakteristik der verwendeten Protokolle beeinträchtigt wird.

Das Übertragungsverfahren von Sercos definiert eine zyklische Kommunikation, bei der ein Sercos-III-Kommunikationszyklus mit eines Zeitmulti­plexverfahrens in zwei Zeitschlitze oder Kanäle unterteilt wird: Im Echtzeit-Kanal werden die von Sercos III spezifizierten Broadcast-Telegramme übertragen und während des Durchlaufs durch die Sercos-III­-Geräte bearbeitet. Im UC-Kanal (Unified Communication Channel) können zusätzlich beliebige andere Ethernet-Protokolle übertragen werden. Die Kommunikationszyklen und die Aufteilung der Bandbreite von 100 MBit/s in Echtzeit- und UC-Kanal lassen sich dabei an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Da der UC-Kanal direkt auf der Ethernet-Schicht aufsetzt, können beliebige Ethernet-Teilnehmer ohne Zusatz-Hardware an das Netzwerk angebunden werden. Ein Tunneln der Protokolle ist nicht erforderlich. Auch bevor eine Sercos-III-Kommunikation durch den Master initiiert wurde oder etwa im Fehlerfall können die Netzwerkteilnehmer Daten über beliebige Ethernet-Protokolle austauschen.

Die Sercos-Ethernet-Kombi

Mit Ethernet/IP müssen Abstriche bei zeitkritischen und schnellen Anwendungen gemacht werden. Sercos war dagegen von Anfang an so konzipiert, dass die Bandbreite von Fast Ethernet genutzt wird und die Echtzeitkommunikation auch unter härtesten Bedingungen gewährleistet bleibt. Dazu ist der Einsatz spezieller Ethernet-Controller erforderlich.

Zur Steuerung einer gemischten Sercos-­Ethernet/IP-Netzwerkinfrastruktur sind ein Sercos Master und ein Ethernet/IP-Scanner erforderlich. Diese Funktionen können auch in einem einzigen Gerät kombiniert werden, in einem Dual Stack Master. Ist keine Redundanz erforderlich, werden die Geräte in einer Linien-Topologie geschaltet. Erkennt das letzte Sercos-Gerät ein Sercos-fremdes Gerät an seinem zweiten Ethernet-Port, leitet es nur die nicht-Sercos Telegramme weiter, die für andere Geräte bestimmt sind. In umgekehrter Richtung leitet das Gerät eingehende Telegramme über den ersten Ethernet-Port an den Dual Stack Master weiter und nutzt dabei den UC-Kanal. Standard-Ethernet-Telegramme, die in der für den Echtzeitkanal reservierten Zeit eingehen, werden vorgehalten und anschließend weitergeleitet.

Sercos und OPC UA

Der universelle Kommunikations­standard OPC UA erlaubt, Systeme von der Unternehmensebene bis hin zur Steuerungs- oder Feldebene miteinander zu vernetzen. Doch OPC UA kann bestehende Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systeme nur dort ersetzen, wo keine hohen zeitlichen und deterministischen Anforderungen an die Kommunikation bestehen. Zum anderen legt OPC UA nur fest, wie Daten beschrieben und ausgetauscht werden. Die eigentliche Bedeutung der Daten ist nicht festgelegt.

Ein vielversprechender Ansatz ist deswegen, dass Protokoll und die Profile von Sercos mit OPC UA zu kombinieren. Prozess- und Gerätedaten werden somit auf einheitliche und herstellerübergreifende Weise nicht nur lokal über den Echtzeitbus, sondern auch über eine beliebige übergeordnete Dateninfrastruktur, wie das Inter- oder auch Intranet, über OPC UA zur Verfügung gestellt.

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