Endlich erwachsen!

Ethernet - Mehr Intelligenz in Antriebsreglern macht Ethernet immer wichtiger. Auf dem Markt gibt es jedoch kaum Komplettsysteme. Zudem sind viele Technologien nicht zu 100 % offen zum TCP/IP-Standard. Gefragt ist ein komplettes Ethernet-basierendes System mit unverfälsch­tem Ethernet-TCP/IP für die Antriebstechnik. Werden diese Träume wahr?

28. Juni 2005

Nur noch eine Bustechnologie innerhalb einer Maschine - wer hat nicht schon einmal davon geträumt. Ethernet ist mit genau diesem Versprechen in der Automatisierungstechnik angetreten. Allerdings hat es einige Zeit gedauert, bis neben Steuerungssystemen auch Geräte im Feldbereich mit Ethernet-Schnittstelle verfügbar waren. Gerade im Bereich der Antriebstechnik sind seit einiger Zeit diverse Technologien im Gespräch, die jedoch häufig Eigenschaften haben, die vom Ethernet-TCP-Standard abweichen. Entweder werden zwingend Hardwarezusätze benötigt, oder aber es ist asynchrone TCP/IP-Kommunikation in Runtime nicht oder nur sehr langsam möglich. Zudem sind nur ganz wenige Gesamtsysteme verfügbar, die durchgängig auf der Kommunikation mit Ethernet basieren. Eines dieser Systeme ist JetWeb, mit den Ethernet-Antriebsreglern der JetMove-Familie. JetWeb setzt auf unverfälschtes Ethernet und TCP/IP und bindet neben den Steuerungen und Antrieben auch Remote-I/O-Module ein.

Die Automatisierungstechnik ist geprägt von hersteller- und automatisierungsspezifischen Technologien. In jüngster Zeit findet jedoch eine technologische Verschmelzung der IT- und der Automatisierungstechnologie statt. Mit den IT-Technologien kommen offene Standards, die seit vielen Jahren in der Office-Welt etabliert sind. Auch in der Automatisierungstechnik gibt es ein grundsätzliches Interesse, möglichst wenige inkompatible Technologien zu verwenden. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, wenn nicht sogar geboten, die IT-Technologien nicht so zu verändern, dass diese nicht mehr kompatibel zu den IT-Standards sind. An dieser Stelle gibt es einige Voraussetzungen, die solch ein offenes Ethernet-TCP/IP erfüllen muss:

- Zu jeder Zeit ist beliebiger Ethernet-TCP/IP-Datenverkehr erlaubt und wird von den Geräten (soweit das Protokoll implementiert ist) auch verstanden

- Jede beliebige Topologie unter Verwendung von Standard-Infrastrukturkomponenten

aus der IT-Welt (Switches, Rou-ters ...) ist erlaubt

- Es ist keine spezielle Hardware (z. B. Asics) erforderlich. Denn nur dann können Automatisierungsgeräte unterschiedlichster Hersteller ohne Probleme gemeinsam in einem Netz betrieben werden und frei miteinander kommunizieren. Zudem können Infrastrukturkomponenten aus der Office-Welt eingesetzt werden. Aus diesem Grund setzt die Jetter AG mit JetWeb auf unverfälschtes Ethernet, bei dem die Möglichkeiten

der Technologie ausgeschöpft und sämtliche IT-Komponenten eingesetzt werden können.

Die Module für die Ethernet-Anschaltung beinhalten neben der kompletten Busanbindung einen Prozessor, der auch Steuerungsprogramme abarbeiten kann. Damit beinhalten die JetMove-Regler dieselbe Intelligenz wie eine Steuerung der JetControl 24x-Serie.

Neben dem Vorteil der direkten Ethernet-Anbindung ergibt sich auch die Möglichkeit, auf dem Regler Anwender-Programme abzuarbeiten. Dies bietet sich insbesondere für sehr antriebsnahe Funktionalitäten an. Bei einer entsprechenden Softwarestruktur werden nur noch Parameter und Statusinformationen über den Bus kommuniziert. Ein System mit einer Sprache Neben der effizienteren Nutzung der in der Gesamtanlage zur Verfügung stehenden CPU-Ressourcen ergeben sich insbesondere Vorteile bei modularen Maschinenkonzepten. Teilfunktionen lassen sich dabei unabhängig von einer übergeordneten Steuerung programmieren und in Betrieb nehmen. Die JetMove-Antriebe werden mit ein und derselben Programmieroberfläche und Programmiersprache programmiert, wie alle Steuerungssysteme aus dem Hause Jetter in Ludwigsburg. Dabei handelt es sich um die auf strukturiertem Text basierende Sprache JetSym ST, die im Bereich der Antriebstechnik über integrierte Befehle verfügt, so dass es für den Anwender keine Unterscheidung bei der Programmierung von Steuerungs- und Antriebsfunktionalitäten gibt. Ein Antrieb wird also genau so einfach programmiert wie ein digitaler Eingang. Die in der Oberfläche integrierte komfortable Oberfläche zur Inbetriebnahme unterstützt den Anwender sowohl bei der Inbetriebnahme als auch beim Service. Alle achsspezifischen Daten werden automatisch in der Steuerung hinterlegt und beim Neustart geladen. Somit ist bei einem Gerätetausch keine Parametrierung durch das Servicepersonal notwendig. Da die Antriebe auch über einen integrierten Web-Server verfügen, können auch anwendungsspezifische Visualisierungs- und Servicemasken im HTML-Format

abgelegt und über einen Browser abgerufen werden. Ein Vorteil einer Ethernet- und webbasierenden Steuerungs- und Antriebstechnologie. Ethernet verfügt über die Leistungsfähigkeit, um Antriebe unter Beibehaltung der Internet-Protokolle miteinander zu synchronisieren.

JetSync ist Teil der JetWeb-Technologie und nutzt unverfälschtes und offenes Ethernet-TCP/IP für die Antriebssynchronisation. Die Vorteile des Systems zeigen sich in folgenden Möglichkeiten:

- Offener Zugriff auf alle Webserver in den Drives während des Synchronlaufs- Uneingeschränkte TCP/IP-Kommunikation

- Der Jitter ist kleiner als 5 bis 10 µsec ohne jede Spezial-Hardware (wie zum Beispiel Asics, Switches etc)

Download von Motionprofilen und Parametern während des Synchronlaufs

- Plug & Work-Funktionalität

- Synchronisiertes Eventhandling innerhalb 1 ms (z. B. Anhalten bei Fehler)

JetSync eignet sich für Funktionen, bei denen die Antriebe einem Masterinformation folgen, wie z. B. dem elektrischen Getriebe. Die Abhängigkeiten können sowohl in Tabellen als auch in Form mathematischer Algorithmen definiert sein. Damit eignet sich JetSync für eine Vielzahl von synchronisierten Antriebsfunktionalitäten. Die Technologie ist in der Praxis erprobt und seit mehr als einem Jahr am Markt verfügbar.

Ethernet-TCP/IP bringt von Haus aus eine Offenheit mit, bei der jedoch das Applikationsprotokoll fehlt. JetWeb lehnt sich hier an den IDA-Standard an, der auch Modbus-TCP beinhaltet. JetWeb setzt durchgängig auf Ethernet und verwendet Modbus-TCP für asynchrone Vorgänge, JetSync für die harte Echtzeit sowie die Standard IT-Protokolle wie http, FTP und andere für die Kommunikation in weicher Echtzeit. Die Spezifikation von Modbus-TCP ist seit 1999 öffentlich und kostenlos im Internet erhältlich. Es basiert auf Ethernet und Standard-TCP/IP, baut auf Schicht 4 (TCP bzw. UDP) auf und ist ein einfach strukturiertes, offenes und weit verbreitetes Übertragungsprotokoll für den verbindungsorientierten und gesicherten Austausch von öffentDaten.

Das Modbus-TCP-Protokoll wurde in den IDA-Standard aufgenommen. Darüber hinaus liegt es bei der IETF (Internet Engineering Task Force) vor, um es als Internet-Standard zu etablieren.

Das würde dann u.a. bedeuten, dass Modbus-TCP (wie z. B. ftp) in den gängigen Betriebssystemen integriert wird. Serverseitig ist für Modbus-TCP die Portnummer 502 festgelegt.Modbus-TCP ist ein pragmatischer Ansatz zur Nutzung von Ethernet als Übertragungsmedium in der Automatisierungstechnik.

Gegenüber anderen Industrial Ethernet-Konzepten hat Modbus-TCP einen erheblichen Zeitvorsprung und eine deutlich niedrigere Einstiegsschwelle hinsichtlich Initialkosten und erforderlichem Know-how sowohl bei Geräteherstellern als auch bei Anwendern. In fast allen neueren Geräten, die über einen integrierten Ethernet-TCP/IP-Anschluss verfügen, ist Modbus-TCP als Standardvariante für das Industrial Ethernet-Anwendungsprotokoll vorhanden.

JetWeb bietet neben einem JetWeb-spezifischen Protokoll eine durchgängige Kommunikation mit Modbus-TCP an und ist dadurch auch offen für die zahlreich am Markt verfügbaren weiteren Geräte, wie zum Beispiel intelligente Sensoren. Sowohl die Steuerungen als auch die Antriebe und die Feldbusmodule können via Modbus-TCP kommunizieren. Damit ist JetWeb eines der Wenigen, wenn nicht sogar das einzige verfügbare Gesamtsystem, welches durchgängig auf Basis von Ethernet und Modbus-TCP kommunizieren kann. Die Regler der JetMove-Gerätefamilie gibt es in drei unterschiedlichen Leistungsklassen.

Die kleinste Ausführung, der Antriebsregler JetMove 203, ist geeignet für bürstenlose Servoantriebe, mit einem Nennmoment von 0,1 Nm bis 2,3 Nm. Das Gerät für die mittlere Leistungsklasse deckt einen Nennmomentbereich von 1 Nm bis 10 Nm ab. Das Gerät JetMove 215 bildet die leistungsmäßige Spitze. Damit lassen sich Antriebe mit einem Nennmoment von bis zu 35 Nm ansteuern. Alle Geräte sind ausgelegt für einen dauerhaften Spitzenstrom in der Höhe des doppelten Nennstromes. Die oben beschriebenen Eigenschaften in Bezug auf die Vernetzung, das integrierte Betriebssystem und die Programmierung sind bei allen drei Geräten gleichermaßen vorzufinden.

Mit JetWeb steht ein System zur Verfügung, mit dem eine durchgängige Ethernet-Kommunikation realisierbar ist. Neben den Antriebsreglern der JetMove-Serie gibt es diverse Steuerungen und Remote-I/O-Module mit Ethernet Interface. Ethernet bietet den entscheidenden Vorteil der transparenten Kommunikation und der Vermeidung der Busvielfalt innerhalb einer Anlage. Auch die Synchronisation von Antrieben ist mit der Technologie möglich, ohne dass der Ethernet- und/oder TCP/IP-Standard verändert wird. Als Maschinenbauer mit Ethernet zu automatisieren heißt, auf eine ausgereifte Technologie zu setzen und Wettbewerbsvorteile zu nutzen.

Erschienen in Ausgabe: 01/2004