Sicherheit von Anfang an

Ethernet - Technologische Anforderungen an moderne Ethernet-basierende Systeme zu erfüllen, ist nur die eine Seite. Auf der anderen Seite steht der Unterschied zu anderen Systemen. Welchen Zusatznutzen bietet ›SafetyNET p‹ für Integratoren und Anwender?

08. Mai 2006

Die etablierten Feldbussysteme wurden zum Ende des vergangenen Jahrhunderts entwickelt, um dedizierte Applikationen und Anforderungen realisieren zu können. Zwangsläufig konnten und können diese Systeme nur eingeschränkt die gesamte Breite an industriellen Kommunikationsaufgaben lösen. Mit fortschreitender Automatisierung und der Notwendigkeit zur Vernetzung unterschiedlichster technischer Einheiten ist der Bedarf an standardisierten und offen gelegten Protokollen weiter gestiegen. Dynamisch wechselnde Zustände in Antriebssystemen und Motion-Applikationen bedürfen hoch-performanter Kommunikationssysteme. Die bekannten Feldbusse stoßen dabei an ihre physikalischen Grenzen. Hier haben sich die Steuerungsanbieter auf Ethernet fokussiert, da es auf breiter Basis von Herstellern und Anwendern weltweit unterstützt wird.

Ethernet ist heute in der Bürokommunikation als Standard etabliert. Dabei wird Ethernet nicht nur zur Vernetzung von PCs und Peripherie im Büro, sondern auch für die Kommunikation von verteilten Servern oder für das Internet und Intranet verwendet. In der Umgangssprache steht Ethernet so für die Gesamtheit aller Eigenschaften und Dienste.

Ethernet ist Office-Standard

Bei genauerer technischer Betrachtung ist Ethernet jedoch nur die Basiskommunikation bestehend aus dem Übertragungsmedium (dem Physical Layer auf OSI-Schicht 1) und der Datenübertragungsschicht (OSI-Schicht 2). Alle weiteren Dienste wie beispielsweise TCP, SMTP oder FTP nutzen Ethernet und bauen darauf auf. Aufgrund der Kollisionsproblematik (CSMA/CD) von Ethernet ist der Transport eines Datenpaketes zeitlich nicht exakt vorherzusagen, also undeterministisch. Ein solches unbestimmtes Zeitverhalten ist besonders dann kritisch, wenn, wie in der Sicherheitstechnik notwendig, extrem kurze Reaktionszeiten zur Eingrenzung oder Abschaltung der gefahrbringenden Bewegung sichergestellt werden müssen. Eine ähnliche Herausforderung besteht bei der Bandbreite. Ein genauer Datendurchsatz kann nicht exakt vorhergesagt werden. Paketgröße und Anzahl der Kollisionen bestimmen jedoch im Wesentlichen die Performance des Systems. Bei schlecht strukturierten Systemen mit möglichen hohen Kollisionsraten und anschließenden Wiederholzyklen ist das Netzwerk zu einem erheblichen Anteil mit sich selbst beschäftigt, was zu einem hohen prozentualen Anteil an Eigenauslastung führt. Die nutzbare Performance für die eigentlichen Steuer- und Regelfunktionen ist dementsprechend niedrig. Das bei SafetyNET p zum Einsatz kommende Übertragungsverfahren stellt eine optimale Nutzung der Ethernet-Ressourcen dar. Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden unterstützt SafetyNET p zwei Varianten der Kommunikation. Das SafetyNET p-RTFL-Format ist für die extrem schnelle Kommunikation in hochdynamischen Applikationen optimiert. Das RTFN-Format bietet gleichzeitig die Möglichkeit, über ein beliebiges Ethernet-Netzwerk zu kommunizieren. Beide Varianten sind kompatibel zueinander und können einzeln oder gemischt eingesetzt werden. In RTFL können alle Busteilnehmer kollisionsfrei mit höchster Zyklusrate kommunizieren. Das ist nur deshalb möglich, da der Anteil der Nutzdaten an der Kommunikation bei SafetyNET p stets optimal ist.

Realtime Ethernet

Für die universelle Verwendbarkeit ist die Unterstützung von Echtzeitkommunikation unerlässlich. Dabei werden garantierte Zykluszeiten von 100µs und weniger erforderlich. Ebenso unerlässlich ist die direkte Integration eines Sicherheitsprotokolls im Sinne der Maschinensicherheit. Dieses Sicherheitsprotokoll ist für die Kommunikation von Informationen, die zur Absicherung vor Gefahren dienen, notwendig. Neu hinzukommen Anforderungen nach dynamischen Netzen, in denen sich Teilnehmer an- und abmelden können oder die den Wechsel von Teilnehmern zu anderen Netzteilen zulassen. Dies war bisher bei der Verwendung von Feldbussen fast nicht möglich. Im Sinne von modularen Systemen, eigenständigen Einheiten, Einrichtbetrieb oder Diagnose ist auch der Datenverkehr von Teilnehmer zu Teilnehmer ohne zentrale Steuerung gewünscht. Bei SafetyNET p wurden alle diese Anforderungen berücksichtigt.

Geräte in Linienverkabelung untereinander verbunden

In SafetyNET p-Netzwerken werden die einzelnen Geräte in einer Linienverkabelung miteinander verbunden. Wird ein Abzweig benötigt, so kann dieser mit einem handelsüblichen Switch hergestellt werden. Das ermöglicht einerseits die in der Industrie übliche Linientopologie, aber auch die weit flexiblere Baum- oder Sterntopologie. Die Standardgeräte (Laptops, Drucker, Video Kameras usw.) können dabei jegliche Art von Ethernet-Frames verwenden. Dazu gehören unter anderem alle vom PC bekannten Dienste wie E-Mail, FTP, Internet, Video aber auch andere Industrial Ethernet-Varianten, soweit diese Ethernet-Frames verwenden.

SafetyNET p wurde als ein Echtzeit-Ethernet für das industrielle Umfeld entwickelt. Gleichzeitig wurde die von SafetyBUS p her bekannte Technologie eines sicheren Bussystems berücksichtigt und verfeinert. SafetyNET p ist somit ein Ethernet-basierendes Netz für die Industrie, das gleichzeitig für Echtzeit- und Sicherheitskommunikation genutzt werden kann.

Offenes Netzwerk mit optimalen Rahmendaten

Basierend auf den genannten Anforderungen wurde SafetyNET p durch die Pilz GmbH & Co. KG als ein offenes Netzwerk mit optimalen Rahmendaten spezifiziert und entwickelt. Um die Offenheit und schnelle Verbreitung des Systems zu gewährleisten wurde die Technologie dem Safety Network International e.V. zur Verfügung gestellt. Innerhalb der Organisation werden zukünftig produktneutrale Integrationsdienstleistungen für SafetyBUS p und natürlich zusätzlich für SafetyNET p angeboten.

Matthias Brinkmann, SafetyBUS p Club International e.V.

FAKTEN

›SafetyBUS p Club International e.V.‹ ist jetzt ›Safety Network International e.V.‹ Im Rahmen einer außerordentlichen Mitgliederversammlung am 23. April 2006 haben die Mitgliedsunternehmen des SafetyBUS p Club International e.V.eine Satzungsänderung beschlossen. Um zukünftig neben SafetyBUS p auch das neue Ethernet-basierende System SafetyNET p in den Vereinszielen und Aufgaben zu verankern, war ein solcher Schritt notwendig geworden. Im selben Zuge wurde der Name der Organisation von ›SafetyBUS p Club International e.V.‹ in ›Safety Network International e.V.‹ umgeändert. Safety Network International e.V. wird auf den gewonnenen Erfahrungen der Schnittstellenintegration von SafetyBUS p in Geräte unterschiedlichster Klassen aufbauen. Supportdienstleistungen bei der Implementierung von SafetyNET p und SafetyBUS p werden zukünftig angeboten.

Erschienen in Ausgabe: 03/2006