Hardwarebasierte Lösung auf FPGA-Basis
Stefan Ditting, Produktmanager Hima: „Aktuell ist die Verbreitung von Profinet speziell in der Prozessindustrie zwar noch gering, aber wir erwarten hier mittelfristig eine deutliche Zunahme“ (Quelle: Hima)
Einbindung des Profinet-Controllers in die Architektur der Hima-Geräte (Quelle: Softing)
Die Einbindung des Profinet-Controllers ist über eine separate Karte realisiert (Quelle: Softing)
Softing verfügt seit einigen Jahren über einen eigenen Software-Stack für die Profinet-Kommunikation, der stetig weiterentwickelt wird. Auf dessen Basis war die Entwicklung des Profinet-Controllers für die Hima-Steuerungen in kurzer Zeit möglich. Dazu wurde eine FPGA-Hardware in die Sicherheitssteuerungen integriert. „Die Schnittstelle zwischen Steuerung und Controller ist dadurch klar definiert“, sagt S. Ditting. Dieses Interface ist als Shared Memory ausgeführt und dadurch sehr schlank. Ein weiterer Vorteil des FPGA-basierten Designs: Die verwendete Intel-Hardware ist frei konfigurierbar. Durch ladbare Prozessoren und Logikkomponenten, wie den von Softing entwickelten und optimierten Ethernet-Switch, ist sie einfach skalierbar, flexibel und leicht zu aktualisieren. Das gesamte Kommunikations-Subsystem des Controllers besteht aus einem binären Block mit Logik, Prozessor, Betriebssystem und zugehöriger Kommunikationssoftware, der einfach und ohne Anpassungen integriert werden kann.
„Der Profinet-Controller ist insgesamt sehr anspruchsvoll“, erklärt S. Ditting, „weil nicht nur die reine Kommunikation, sondern auch die Konfiguration abgedeckt werden muss.“ Außerdem sind in Profinet sehr viele Features definiert. Alle benötigten Funktionen müssen implementiert und konfiguriert werden können. Durch Softings Erfahrung mit Profinet und deren Referenzimplementierung des Real-Time-Ethernet-Moduls „RTEM II“, das als Entwicklungsbasis diente, konnte die Realisierung des Controllers innerhalb des Projekts schnell und erfolgreich abgeschlossen werden.
Besondere Stärken
Um die Anbindung an das bereits bestehende Hima-Host-System mit seinen Erweiterungssteckplätzen zu realisieren, musste das RTEM-II-Hardware-Design geringfügig angepasst werden. Der im Kommunikations-Subsystem enthaltene Industrial-Ethernet-Switch mit zwei externen Ports ermöglicht eine sehr kurze Zykluszeit und hohen Determinismus bei der Abarbeitung der Prozessdaten. Durch die Filterfunktionen der integrierten Firewall wird zudem die integrierte Protokollsoftware vor schädlichen Überlastungen geschützt und mit Netload Class III die höchste Stufe der entsprechenden Profinet-Konformitätsprüfungen bestanden. „Für uns ist es besonders wichtig“, betont S. Ditting, „dass der Controller regelmäßig an die aktuellen Spezifikationen der PNO angepasst wird.“ Die PNO veröffentlicht pro Jahr zwei bis drei Updates rund um den Kommunikationsstandard. Softing aktualisiert den Controller dann jeweils auf den neuesten Stand und Hima kann sich auf die Applikationsentwicklung konzentrieren.
Kooperative, erfolgreiche Zusammenarbeit
Während der Projektlaufzeit rund um die Entwicklung und Testung des Controllers stimmten sich die Partner regelmäßig in Meetings und Workshops ab. Neben der Entwicklung des Controllers wurden von Softing noch zusätzliche Leistungen erbracht. So realisierten die Experten beispielsweise eine Möglichkeit, ein Firmware-Update im Feld durchzuführen, und eine Stückprüfsoftware für die Modulproduktion. „Der ganze Ablauf von der Planung bis zu den Tests ist sehr kooperativ vonstatten gegangen“, zeigt sich S. Ditting zufrieden: „Die Zusammenarbeit war sehr vertrauensvoll und die Responsezeiten bei Anfragen von unserer Seite waren sehr kurz.“
Die von Softing entwickelten Profinet-Controller sind inzwischen in den aktuellen Versionen der Sicherheitssteuerungen der Serien HIMax und HIMatrix lieferbar und arbeiten zuverlässig. Und auch die zukünftigen Weiterentwicklungen der Controller sind in Planung, wie S. Ditting erklärt: „Wir würden beispielsweise gerne das Media Redundancy Protocol implementieren, das mit einer Ringtopologie eine höhere Verfügbarkeit ermöglicht.“ Klar ist auf jeden Fall, dass Hima auch in Zukunft bei solchen Entwicklungen auf die Softing-Spezialisten setzen wird.