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Single-Chip-Gateway für industrielle Anwendungen

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Texas Instruments Deutschland GmbH
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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Synchrone Kommunikationswege

Die wesentliche Funktion eines industriellen Gateways ist die Verbindung der verschiedenen Datenströme. Dabei sind viele Möglichkeiten, Ausbaustufen und Varianten denkbar. Auch der Grad der Programmier- oder Konfigurierbarkeit eines Gateways wird letztlich die Qualität und Leistungsklasse des Gerätes bestimmen.

Die hier im TI-Gateway verwendete Funktionalität ist nur ein Beispiel, wie unterschiedliche Daten aus externer Kommunikation untereinander verbunden werden können. Zur wirklichen Differenzierung des Gerätes auf dem Markt sind allerdings noch weitere innovative Zusatzfunktionen auf Basis der Technologie des Herstellers notwendig.

Eine wesentliche Funktion von industriellen Gateways ist die Synchronisationsfähigkeit der Datenströme in Echtzeitanwendungen. Deshalb wurde dies explizit in dem Gateway-Beispiel getestet und zukünftige Erweiterungen sind geplant. Die derzeitige Implementierung des EtherCAT Masters ist eventgesteuert. Das heißt, in der Applikation wird normalerweise ein lokaler hochauflösender Timer zur Zeitsteuerung der EtherCAT Pakete genutzt.

Im Fall des Gateways kann der Timer Event per Kontrollvariable durch einen vom PROFINET-Treiber generierten Event ersetzt werden. Es wurde hier die Interrupt getriebene Empfangsroutine der vom Controller kommenden Datenpakete verwendet. Dadurch werden die zyklischen EtherCAT-Daten auf die Zykluszeit des PROFINET Netzwerkes synchronisiert. Für die Zukunft vorgesehene Implementierungen sehen an dieser Stelle ein zeitgesteuertes, periodisches Senden innerhalb des ICSS MAC Treibers vor. Damit kann eine weitere Reduzierung des Daten-Jitters auf EtherCAT Busebene erreicht werden, wenn der Distributed Clocks Modus ungeeignet ist.

Eine weitere Anforderung für das Gateway besteht in der Implementierung eines zusätzlichen OPC UA Servers. Die Anforderungen in Bezug auf Echtzeit sind bei OPC UA allerdings deutlich niedriger als bei den auf ICSS implementierten Protokollen.

Implementierung eines OPC UA Servers

Im Wesentlichen ist hier ein Standard-Ethernet-Zugang vollkommen ausreichend. Ein Embedded OPC UA Server, wie er beispielsweise von Matrikon, einem TI-Partnerunternehmen, als fertige C++ Software angeboten wird, benötigt dann lediglich ein Standard Socket Interface als Zugang zum Netzwerk. Das im Gateway-Beispiel verwendete Network Development Kit (NDK) ist ein TCP/IP-Netzwerkstack von TI, der ein BSD Socket API anbietet. Für die Einbindung des OPC UA Servers werden daher nur wenige Tage benötigt, um die Socket Routinen in den Matrikon-Beispielen auf das TI API anzupassen.

Einige der Daten- und Kontrollvariablen aus der PROFINET- und EtherCAT-Kommunikation wurden anschließend noch mit OPC UA Knoten verknüpft. Der Test des Servers erfolgt mit einer auf der Webseite der OPC Foundation frei verfügbaren OPC UA Testsoftware für herkömmliche PCs, die einen entsprechenden Client enthält. Dieser Client verbindet sich über IP und Port Adressen mit dem Server, scannt die Serverknoten, stellt sie in einer Baumansicht dar und erlaubt Lese- und Schreibfunktionen. Auch ein zeitbasiertes zyklisches Lesen von Daten ist einstellbar.

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