Geräte- und Netzwerkintegration

Was umfasst Netzwerkintegration und die Entwicklung von Protokoll-Gateways?

Netzwerkintegration umfasst die Gateways, die Protokollumsetzung und die Tests, mit denen mehrere Geräte als ein System zusammenarbeiten, und die Entwicklung der Protokoll-Gateways selbst.

Unsere Kunden sind Maschinenbauer, Gerätehersteller und Systemintegratoren. Ein Beispiel: Unser Team hat Gateway-Hardware geliefert, die an einer Maschine mit achtzehn Geräten einen Zyklus von 2 ms hält, und hat demonstriert, wie Sercos III mit OPC UA über TSN zusammenarbeitet. Projekte fallen meist in eine oder mehrere dieser Gruppen:

• Ein Gateway, das es noch nicht gibt. Etwa zwischen Modbus und CANopen oder einem anderen Paar, bei dem das Standardgerät die Register abbildet, aber nicht das Verhalten.
• Ein Gerät, mehrere Stacks. Gateways, in denen zwei oder mehr Protokolle sich einen Prozessor teilen und unvereinbare Vorstellungen davon haben, wann sie ihn bekommen.
• Analoge und serielle Geräte anbinden. 4–20-mA-Sensoren am Feldbus, serielle RS-485-Geräte und HART-Daten, die längst digital vorliegen und nie dort ankommen, wo sie nützen.
• Interoperabilitätstests. Geräte zweier Hersteller werden gründlich gegeneinander getestet, bevor ein Inbetriebnahmefenster das Problem findet.
• Ihr Gerät in fremder Architektur. Geräteintegration und Test, mit unseren Ingenieuren neben Ihren in der Phase, in der es darauf ankommt.
• Ein Edge-Gerät an der Grenze. Ein Gerät auf der Feldseite (im Englischen „Southbound“), das Daten von den Geräten erfasst und vereinheitlicht.

Anlagen, Hallen oder Maschinen nehmen wir nicht in Betrieb. Protokollumsetzung, Abbildung und Prüfaufbau in Ihrem Produkt oder Ihrer Maschine entwickeln wir, und wir integrieren und testen sie mit Ihren Ingenieuren, während dieser Phase vor Ort und danach remote.

Zwei Abgrenzungen, weil zwei unserer Seiten nah an dieser liegen. Gegenüber Echtzeit-Ethernet: Dort geht es um die Protokollebene eines Geräts, hier um die Architektur über mehrere. Gegenüber Industrial IoT und Edge-Integration: Dort gehen die Daten zu MES, ERP und Cloud und werden zu Informationen, hier geht es von Protokoll zu Protokoll in Richtung der Geräte.

Wann reicht ein Standard-Gateway aus?

Ein Standard-Gateway passt öfter, als Käufer erwarten, und das prüfen wir mit Ihnen im Entwurf.

Auch die Empfehlung eines Standardgeräts kann das Ergebnis dieses Gesprächs sein, und es ist günstiger als alles, was wir bauen könnten. Dieselbe Frage für ein Gateway in Richtung MES, ERP oder Cloud beantwortet die Seite zur Industrial IoT und Edge-Integration, mit anderem Katalog und anderem Test.

Was sind die häufigsten Fehler bei der Gateway-Entwicklung?

Die Übersetzung der Daten ist meist einfach; entscheidend sind Timing, Zustand und Fehlerverhalten.

• Timing. Zwei Netze haben selten denselben Zyklus. Ein Gateway, das eine Seite zum falschen Zeitpunkt abtastet, liefert Daten, in denen jeder Wert stimmt und die Gesamtheit einen Moment beschreibt, den es nie gab.
• Zustand. Die meisten Protokolle übertragen mehr als Werte. Wer die Werte abbildet und Sitzung, Gerätezustand und Parametrierung verwirft, bekommt ein Gateway, das den Labortest besteht und im Dauerbetrieb die Synchronisation verliert.
• Fehlerverhalten. Ein schlechtes Gateway veröffentlicht standardmäßig weiter den letzten gültigen Wert, nachdem das Gerät dahinter ausgefallen ist. Ein veralteter Messwert, der als aktueller erscheint, ist schlimmer als gar keiner, und er besteht jeden Test, der nur prüft, ob ein Wert angekommen ist. Wir behandeln das als Entwurfsanforderung und nicht als Diagnose-Extra.

Wie testen Sie Interoperabilität ohne die Anlage des Kunden?

Wir bilden im Labor nach, was die Anlage tun wird, und halten im Testplan fest, was sich nicht nachbilden lässt.

Bei Interoperabilitätstests für Industrieprotokolle laufen Geräte zweier Hersteller auf echter Hardware gegeneinander, nie gegen einen Simulator. Ein Simulator bildet nur das Verhalten nach, das sein Autor schon kannte, und Interoperabilitätsfehler sind meist Verhalten, das niemand dokumentiert hat.

Lässt sich die genaue Konfiguration eines Kunden nicht nachbilden, wird die Lücke aufgeschrieben und nicht wegdefiniert. Sie steht als Risiko mit einem benannten Testplan für das Integrationsfenster fest, und vor Beginn dieses Fensters sagen wir, welche Teile geprüft und welche angenommen sind.

Lassen sich mehrere Standardmodule durch ein Gerät ersetzen?

Ja, meist ersetzt ein eigenes Gerät sie, und die Einsparung wächst über die Lebensdauer der Maschine.

• Was ein gemischter Schaltschrank mitbringt. E/A-Module von vier Herstellern, ein serieller Umsetzer und ein Protokoll-Gateway bedeuten vier Lieferketten, vier Abkündigungsrisiken, vier Firmware-Stände und eine Inbetriebnahme, die alle berücksichtigen muss.
• Was ein eigenes Gerät wegnimmt. Das meiste davon, sobald die Schnittstellen die sind, die die Maschine tatsächlich nutzt, und nicht die, die der Katalog gerade anbot.
• Welche Teile wir übernehmen. Die Gateway- und Netzseite der Zusammenlegung gehört zu dieser Leistung; das Gerät selbst, also Baugruppe, Gehäuse und Firmware, zu den Embedded-Systemen. Beides wird meist zusammen geplant.

Wie binden Sie Instrumente an, die bereits digital sind?

Wir lesen die digitalen Daten, die die Stromschleife schon überträgt, und bringen sie ins selbe Datennetz.

HART überträgt zum Beispiel seit Jahrzehnten digitale Diagnosedaten über die 4–20-mA-Schleife, und in den meisten Anlagen liest sie niemand, weil man dafür ein Handgerät und eine Person direkt am Instrument brauchte. Diese Daten ins Netz zu bringen ist wenig Entwicklungsaufwand im Verhältnis zum Diagnosewert, den sie freilegen, und es passt gut zum Zweidraht-Ethernet auf der Seite zur Protokollmigration, wenn die Schleife selbst ersetzt wird.