Industrielle Kommunikation PROFINET Controller-Implementierung mit flexiblen FPGA-Möglichkeiten

Im Bereich der PROFINET-Implementierungen mit Controller- und Device-Funktionalität sind umfassende Funktionalität, sofortige Einsatzbereitschaft und Flexibilität für Anpassungen gefordert. Eine mögliche Lösung hierfür ist ein ausgereifter Protokoll-Stack, kombiniert mit der konsequenten Nutzung von FPGA-Technologie.

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Im Vergleich zu Feldbussen, wie z.B. PROFIBUS - deren Spezifikation im Detail festgelegt ist - bietet das Industrial Ethernet-Protokoll PROFINET eine Reihe von Freiheiten, da es auf Standard-Ethernet und dem TCP/IP-Protokoll aufsetzt. So kann ein PROFINET Controller 255 und mehr Geräte ansprechen. Auch die Menge der zyklisch mit einer Verbindung austauschbaren Daten ist mit PROFINET um ein Vielfaches höher. Für die Übertragung weiterer Daten lassen sich darüber hinaus zusätzliche Verbindungen aufbauen.

Sollen alle diese Möglichkeiten umgesetzt werden, resultiert daraus eine PROFINET-Implementierung mit einem hohen Ressourcenverbrauch, z.B. hinsichtlich des Speicherausbaus oder der Prozessorleistung. Auf der anderen Seite ist auch die Definition eines Geräts möglich, das für die Verwendung von möglichst wenig Ressourcen optimiert ist, das dann aber unter Umständen nicht zertifiziert werden kann. Zwischen diesen beiden Extrempositionen ist die Softing-Lösung angesiedelt.

Der Weg zur passenden Lösung

Vor diesem Hintergrund reicht für einen Gerätehersteller die Entscheidung zur Realisierung eines PROFINET-Geräts alleine nicht aus. Vielmehr muss er sich auch mit Fragen nach der wirklich benötigten Funktionalität auseinandersetzen sowie die Bereiche finden, in denen die Implementierung skalierbar sein muss. Bei der Festlegung dieser Detailanforderungen können Hersteller die individuellen Beratungsdienstleistungen von Softing nutzen.

Die PROFINET-Implementierung von Softing bietet einen einfachen Lösungsweg für die Unterstützung einer ausgewogenen Funktionalität. Die Basis dafür bildet der PROFINET-Protokoll-Stack, der vollständig von Softing entwickelt wurde. Dieser Stack verwendet eine gemeinsame Codebasis für die PROFINET Controller- und Device-Funktionalität, ist in jeder Hinsicht skalierbar und wurde für eine schnelle Portierung auf die verschiedensten Zielplattformen entworfen. Darüber hinaus wurde er bereits in einer Reihe von Geräten zertifiziert und deckt die Anforderungen des Net Load-Tests für die höchste Kategorie Class III ab, die auch bei sehr hoher Netzlast ein Höchstmaß an Robustheit und Zuverlässigkeit für die Kommunikation sichert.

Für die einfache Realisierung von PROFINET Devices (bzw. von Geräten mit anderen Industrial Ethernet-Schnittstellen) hat Softing das Real-Time Ethernet Module (RTEM) auf den Markt gebracht (siehe Abbildung 1). Dieses Integrationspaket fasst die notwendige Hardware und Firmware zusammen und ist sofort einsatzbereit. Es nutzt FPGA-Technologie und bietet zwei externe Ethernet-Schnittstellen mit der dafür benötigten Switch-Funktionalität. Die gemeinsamen Anforderungen vieler Gerätehersteller legen das unterstützte Mengengerüst für die PROFINET-Kommunikation mit einer Optimierung der dafür benötigten Ressourcen fest. So erlaubt die Softing-Lösung den Austausch von bis zu 1.024 Bytes E/A-Daten und den gleichzeitigen Aufbau von bis zu drei Verbindungen zu PROFINET Controllern. Darüber hinaus wird die Shared Devices-Funktionalität unterstützt, so dass mehr als ein Controller simultan auf das Gerät zugreifen kann. Aufgrund der implementierten Skalierbarkeit sind die unterstützte Funktionalität und das verfügbare Mengengerüst auch auf andere Anforderungen anpassbar.

Von PROFINET Device zum PROFINET Controller

Ein weltweit führender Hersteller von Handhabungssystemen, die etwa in der Fertigung und Distribution, in der Automobilindustrie oder in Reinräumen zum Einsatz kommen, plante für eine neue Steuerungsplattform die Realisierung einer PROFINET Controller-Anbindung. Dazu stellte er einen Katalog mit detaillierten Anforderungen für eine optimale Lösung zusammen. Darin enthalten waren unter anderem die Unterstützung einer Zykluszeit von 10ms beim Zugriff auf zehn Geräte oder die Möglichkeit zu einer gegenseitigen Überwachung von PROFINET-Kommunikation und Steuerungsanwendung über Watchdogs. Darüber hinaus wurde eine umfangreiche zusätzliche Funktionalität gefordert. Diese umfasst etwa einen transparenten IT-Kanal mit bis zu 64 parallelen Verbindungen und die Unterstützung von Client- und Server-Funktionen in der Anwendung.

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