Heute stecken Maschinen und Anlagen in einem starren Konzept aus hardwarebasierten Sicherheitsfunktionen. Dies führt zu einer kostenintensiven Verkabelung und eingeschränkten Diagnosemöglichkeiten. Neuere Ansätze von sicheren Feldbussen sind vielfach durch proprietäre Standards und beschränkte Zykluszeiten im Millisekunden-Bereich geprägt. Aufgrund der voran schreitenden Entwicklung von Ethernet-Lösungen für die Automatisierung werden diese traditionellen sicheren Protokolle in der Zukunft keine große Bedeutung haben.
Eine Analyse der existierenden Sicherheitsprotokolle hat ergeben, dass diese als Basis für eine offene und echtzeitfähige Ethernet-Kommunikation nicht geeignet sind. Aus diesem Grund wurde innerhalb der EPSG am 27.07.2004 die Arbeitsgruppe ETHERNET Powerlink Safety gegründet. Neben dem Kernteam bestehend aus den Unternehmen Bernecker+Rainer, Eckelmann, Innotec, Lenze, KW-Software und Parker Hanifin sind weitere Firmen vertreten. Ihr Ziel ist die Definition eines zukunftsweisenden sicheren Protokolls für Ethernet-basierte Kommunikation im Mikrosekundenbereich. Seit der Gründung wurde intensiv gearbeitet; das Ergebnis kann sich sehen lassen: Im Rahmen der diesjährigen SPS/IPC/DRIVES im November in Nürnberg soll bereits ein vom TÜV zertifiziertes White Paper vorgestellt werden.
EPLsafety setzt technischen Standard
ETHERNET Powerlink Safety - kurz EPLsafety - wird als Bus-unabhängiger und selbständiger Frame definiert, der grundsätzlich auch in andere Standardprotokolle als Powerlink eingefügt werden kann. Besonders hervorzuheben ist, dass der EPLsafety Frame kompatibel zu CAN Nachrichten ist. Seine volle Leistungsfähigkeit spielt EPLsafety im Zusammenhang mit ETHERNET Powerlink aus. Bei Zykluszeiten von bis 100 Mikrosekunden wird erstmalig die Sicherheitskategorie SIL 3 nach IEC 61508 erreicht. Bei Beachtung bestimmter Architekturen werden die Anforderungen bis SIL 4 erfüllt.
Durch die inhaltliche Kapselung von EPLsafety können die Standard Transportmechanismen von ETHERNET Powerlink vollständig genutzt werden. Die Frames sind so flexibel aufgebaut, dass sich EPLsafety hervorragend an verschiedene Applikationen wie beispielsweise Maschinen, Anlagen oder Transportsysteme anpasst. Die Framelänge ergibt sich aus den benötigen Nutzdaten der Applikation.
EPLsafety zeichnet sich durch ein einheitliches Telegramm-Format für unterschiedliche Datenanwendungen (Nutzdaten, Konfiguration, Zeitsynchronisation) aus. Jeder EPLsafety Knoten erkennt automatisch, um welche Art von Daten es sich im gesendeten Telegramm handelt. Damit braucht die Telegrammlänge und der Telegrammtyp nicht explizit konfiguriert werden. Dies erleichert die praktische Implementierung und Anwendung erheblich.
Das flexibles Standprotokoll ermöglicht eine Bandbreite von 1 bis 32 byte (Stand per Oktober 2004) Nutzdaten. Durch eine neue Technologie wird der CRC-Typ in Abhängigkeit des Längen-Byte automatisch konfiguriert.
Als besonderer Vorteil erweist sich sein langes Protokoll es basiert auf dem einheitlichen Telegramm-Format und erlaubt die volle Nutzung des Ethernet Telegramms (ca. 1500 byte). Selbst unterschiedlichste Anforderungen sind dank des einheitlichen aber flexibles EPLsafety Telegramm Formates kein Thema. (Stand per Oktober 2004)
Weitere Highlights von EPLsafety liegen im Safety Data Transport: EPLsafety im Standard Powerlink eingebettet
· Standard PDO-Mapping
· Byte-Offset und Länge bestimmt eindeutig Position des EPLsafety frames
· Broadcast (1:n)
· Direkte Sensor-Aktor Kommunikation möglich
· Look-up Table in jedem Safety Node (SN) identifiziert die richtigen Nachrichten
· Management Node (MN) kann verwendet werden
Besonders erwähnenswert ist, dass EPLsafety auch innerhalb einer Safety-Domain Teilnetzwerke unterstützt. EPLsafety kann aber auch in komplexen Netzwerkstrukturen mit sicheren und nicht-sicheren Netzen (Domains) uneingeschränkt eingesetzt werden. Damit entspricht EPLsafety schon heute den Anforderungen von morgen an eine verteilte Automation mit integrierter Sicherheitstechnik.
Herausforderung in der Automatisierungsindustrie
Sicherheitsgerichtete elektronische Systeme finden in nahezu allen Bereichen der Technik immer stärkeren Einsatz. Neue regulative Maßnahmen des Gesetzgebers, die die Sicherheit und Unversehrtheit von Personen und Gütern sicherstellen sollen, führen zu einer wachsenden Notwendigkeit derartiger Systeme in komplexen Steuer- und Automatisierungssystemen aller Industriesparten. Eine der wichtigsten Normen für den Nachweis der entsprechenden Sicherheitsebene ist die internationale Norm EN IEC 61508. Sicherheitsgerichtete Systeme werden in der Automatisierung nach wie vor zum großen Teil diskret verdrahtet und elektromechanisch gesteuert. Mit der Verbreitung der Feldbussysteme und programmierbarer Steuerungen wächst der Wunsch diese auch in der Sicherheitstechnik einzusetzen. Man erwartet sich durch die vereinheitlichten Komponenten und Netzwerke erhebliche Kosteneinsparungen, vereinfachte Wartung und höhere Flexibilität.
Bei EPLsafety handelt es sich um keinen von einem Hersteller dominierten oder geschützten Standard. Weitere Hersteller von elektronischen Sicherheitssystemen sind eingeladen, ihre Anforderungen in die Arbeitsgruppe einzubringen. Für die Weiterentwicklung der Technologie ist Offenheit sehr wichtig. Deshalb hat jedes Mitglied in dieser und weiteren Arbeitsgruppen der EPSG das Recht die Zukunft von ETHERNET Powerlink zu beeinflussen und mitzugestalten. Durch die Balance unterschiedlicher Ansprüche werden akzeptable Lösungen geschaffen, die letztendlich auch kurzfristig implementierbar sind. Der AK Safety wird von Volker Sasse von der Firma KW-Software in Lemgo geleitet. Interessenten an ETHERNET Powerlink und an einer Mitarbeit in den Arbeitskreisen der EPSG wenden sich an die EPSG Geschäftsstelle info@ethernet-powerlink.org
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Über ETHERNET Powerlink (www.ethernet-powerlink.org)
ETHERNET Powerlink (EPL) ist das zur Zeit die einzige am Markt verfügbare Echtzeit Ethernet Netzwerk mit Mikrosekundenpräzision, das rein auf offenen Standards basiert. Mehr als 25.000 EPL Knoten arbeiten weltweit seit dem Jahr 2001 störungsfrei in Serienmaschinen. Die Basis von ETHERNET Powerlink sind Standards, wie IEEE 802.3, CANopen Geräteprofile, IP Protokolle und handelsübliche Ethernet Chips.
Über die EPSG (www.ethernet-powerlink.org)
Die EPSG (ETHERNET Powerlink Standardization Group) ist ein offener Verein führender Endanwender, Hersteller und Forschungsinstitute der Automatisierungstechnik. Das Ziel der Gruppe ist es einen offenen Standard für Industrial Ethernet mit präzisem Echtzeitverhalten im Mikrosekundenbereich, hoher Verfügbarkeit und Sicherheitsmechanismen anzubieten. EPSG Mitglieder sind unter anderem ABB Robotics, Altera, Baldor, B&R, Hirschmann, KUKA Controls, KW Software, Lenze, National Instruments und Tetra Pak.
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