Feldbus und Gerätenetze

Was umfasst Feldbus-Geräteintegration?

Feldbus-Geräteintegration heißt, den Kommunikationsstack eines Geräts auf Ihrer Hardware zu portieren und in Betrieb zu nehmen.

Unsere Kunden sind meist Gerätehersteller, Maschinenbauer und Instrumentenhersteller. Wir portieren CANopen, CAN FD und J1939, Modbus RTU und TCP, IO-Link, AS-i und PROFIBUS DP auf Ihre Hardware und nehmen sie dort in Betrieb, wir erstellen die Gerätebeschreibungsdateien, die mit dem Gerät ausgeliefert werden müssen, und wir führen die Konformitätstestfälle im eigenen Labor aus, bevor Sie das Prüflabor buchen. Einige Beispiele: Unser Team hat PROFIBUS-PA-Schnittstellen für Prozessdruck-Messumformer geliefert, PROFIBUS-PA- und -DP-Segmente unverändert durch den Austausch einer Steuerungsplattform mitgenommen und CAN-Knotensoftware für Schiffe und Off-Highway-Fahrzeuge gebaut, die sich direkt auf J1939- und ISOBUS-Projekte übertragen lässt. Projekte umfassen meist einen oder mehrere dieser Punkte:

• Ein Gerätestack wird portiert. Er läuft danach auf Ihrer MCU, Ihrem SoC oder FPGA, wird an echtem Busverkehr in Betrieb genommen, nicht an einem Simulator, und mit seiner Build-Umgebung übergeben.
• Die Master-Seite wird gebaut, wenn Ihr Produkt ein Segment führt, statt als Teilnehmer daran zu hängen. Zur Entwicklung von Feldbus-Mastern gehört auch der gemischte Fall: ein Gerät, das nach oben Slave und nach unten Master ist.
• Konfigurations- und Konformitätsdateien entstehen. Wir erstellen IODDs für IO-Link, EDDs für Prozessinstrumente und GSDs für PROFIBUS DP und entwickeln FDT/DTM-Gerätetreiber, wenn die Rahmenapplikation der Anlage der Zugang ist.
• Ein PC-Werkzeug für Konfiguration und Diagnose entsteht, die Anwendung, mit der Ihr Gerät am Bus in Betrieb genommen, parametriert und diagnostiziert wird.
• Netz und Controller werden ausgewählt. Unsere Beratung zur Auswahl des Feldbus-Controllers endet mit einem Prototyp auf Ihrer Hardware, nicht mit einer Empfehlungsfolie.
• Ihre Ingenieure werden geschult auf dem Bus, den Sie gewählt haben, und das erste Gerät nehmen wir gemeinsam mit ihnen in Betrieb.

Maschinen und Anlagen nehmen wir nicht in Betrieb. Die Kommunikationsschicht in Ihrem Produkt entwickeln und testen wir, und zwar mit Ihren Ingenieuren, vor Ort während Integration und Test, danach remote.

Lohnt sich Feldbus für ein neues Produkt noch?

Oft ja, denn die Randbedingungen, aus denen Feldbusse entstanden sind, gelten weiter.

• Die Randbedingungen gelten weiter. Ein Gerätenetz wird nach Geräteanzahl, Kabelbudget, Leistungsbudget, Steckerkosten und dem Anlagenbestand des Kunden ausgewählt. Unter diesen Bedingungen ist ein zweiadriger IO-Link-Anschluss oder ein CANopen-Segment noch immer der günstigste Weg zu einem Sensor, und Echtzeit-Ethernet liegt darüber, ersetzt sie aber nicht.
• Die meisten Maschinen nutzen mehr als ein Netz, und das bleibt so. Meist bringen wir ein zweites Netz in ein Produkt, das schon ein erstes spricht. Der Aufwand steckt dann darin, was das zweite Netz mit Timing, Leistungsbudget und Datenmodell eines Geräts macht, das um das erste herum entworfen wurde.

Was gehört zur Portierung eines Feldbus-Gerätestacks?

Eine Portierung bringt ein Protokoll auf einem bestimmten Baustein korrekt zum Laufen.

Der Stack muss in den Speicher passen, den der Baustein tatsächlich hat. Das Timing muss auch dann halten, wenn der Bus ausgelastet ist, nicht bloß im Leerlauf. Objektverzeichnis oder Prozessabbild müssen dem entsprechen, was der Master erwartet. Und das Gerät muss sich korrekt verhalten, wenn ein Segment falsch konfiguriert ist, denn im Feld wird das vorkommen. Dieselbe Arbeitsweise wendet unser Team auf der Ethernet-Seite an, wo es Kommunikationsstacks auf mehreren Chipfamilien durch Konformitätstests gebracht hat. In beiden Fällen lautet die Frage: Verhält sich dieses Gerät als Teilnehmer korrekt, unter Last, in einem Netz, das der Kunde betreibt?

Was entscheiden Gerätebeschreibungsdateien?

Eine Beschreibungsdatei entscheidet, ob ein Ingenieur im Feld Ihr Gerät nutzen kann, ohne bei Ihnen anzurufen.

Eine IODD, EDD oder GSD liest ein Konfigurationswerkzeug, um Ihre Parameter, deren Einheiten und zulässige Bereiche zu kennen und zu wissen, wie es sie darstellen soll. Ist sie fehlerhaft, funktioniert das Gerät, lässt sich aber nicht sinnvoll bedienen:

• Parameter werden ohne Einheit angezeigt.
• Bereiche erlauben der Steuerung, beim Anlauf einen Wert zu schreiben, den die Firmware ablehnt.
• Ein Diagnosecode, den das Werkzeug nicht benennen kann.

Bei IO-Link zum Beispiel liegt die Beschreibungsdatei in der Verantwortung des Herstellers. Das Konsortium stellt den Editor und den IODD-Checker bereit, der das Ergebnis validiert, und mit dem Gerät wird eine Konformitätserklärung des Herstellers ausgeliefert. Wir schreiben die Datei für die Werkzeuge, die sie lesen werden, und validieren sie dann in den Rahmenapplikationen, die ein Kunde tatsächlich nutzt. Bei der Entwicklung von FDT/DTM-Gerätetreibern gilt dieselbe Sorgfalt, nur für eine Rahmenapplikation anstelle einer Beschreibungsdatei.

Was spart die Vorzertifizierung eines Feldbusgeräts?

Die Vorzertifizierung spart einen Prüftermin und meist auch einen Markteinführungstermin.

Das sagen die Konsortien selbst. CAN in Automation betreibt das offizielle Zertifizierungslabor für die CANopen-Konformitätszulassung und empfiehlt, Geräte vorgeprüft einzureichen. IO-Link, PI und die anderen Organisationen arbeiten genauso: Ein Checker oder ein Testwerkzeug steht dem Hersteller lange vor dem formalen Prüftermin zur Verfügung. Wir prüfen Ihr Gerät im eigenen Labor mit diesen Testfällen an echtem Busverkehr, damit Fehler in der Vorzertifizierung auffallen und nicht erst beim formalen Termin. Das Zertifikat stellt das akkreditierte Prüflabor des Konsortiums aus, nie wir.

Worauf kommt es bei einem Gerät an zwei Netzen an?

Zwei Netze an einem Gerät sind zuerst eine Architekturentscheidung und erst danach eine Frage des Stacks.

• Gemeinsamer Zustand. Ein Gerät an zwei Netzen muss gemeinsamen Zustand auflösen, den ein Gerät an einem Netz nie kennt: zwei Master mit unterschiedlichen Vorstellungen vom selben Objekt oder zwei Zyklen, die nie füreinander entworfen wurden. Welche Seite einen Parameter besitzt und was die andere Seite sieht, wenn er sich ändert, legen wir im Entwurf fest.
• Wann daraus ein Gateway wird. Ist die Lösung ein übersetzendes Gerät und kein Gerät mit zwei Stacks, wechselt die Arbeit zur Geräte- und Netzwerkintegration. Dort geht es um Architekturen über mehrere Geräte und Netze, nicht um die Protokollebene eines einzelnen Geräts.

Wer entwickelt den Kommunikationsstack für einen Messumformer?

Das übernehmen wir; es ist der Teil der Protokollintegration in jedem Messumformer-Projekt.

Gemeint ist die Entwicklung des Gerätestacks für Prozess-Messumformer, belegt durch das oben genannte PROFIBUS-PA-Beispiel. Ein Messumformer-Projekt teilt sich in drei Bereiche, und welche davon Sie brauchen, hängt von dieser Aufteilung ab:

Die meisten Messumformer-Projekte brauchen mindestens zwei der drei Bereiche, und der Umfang ergibt sich daraus, welche das sind.