SafetyNET p is een communicatieprotocol dat specifiek door Pilz is ontwikkeld voor industriële toepassingen waarbij risicovolle gegevens overgedragen moeten worden. Door de toepassing van Ethernet als drager van dit protocol wordt tevens een verdere integratie van industriële IT en kantoorautomatisering mogelijk.
Waarom SafetyNET p?
In de automatiseringstechnologie van vandaag, wordt de wijdverspreide veldbus-communicatie meer en meer een beperkende factor. Nieuwe systemen zijn vereist voor het voldoen aan de vraag naar grotere capaciteiten.
De technische automatisering ontwikkelt zich momenteel van gecentraliseerde controlesystemen met eenvoudige binaire sensoren en actuatoren naar complexe decentrale systemen. Binnen besturingssystemen en procesregelsystemen wordt een steeds groter deel van de capaciteit gebruikt voor de verwerking van de gegevens van sensoren en actuatoren.
Deze tendens verandert de eisen die aan de communicatie gesteld worden. In tegenstelling tot de momenteel in gebruik zijnde master-slave communicatie moeten steeds meer gegevens direct tussen verschillende systemen uitgewisseld worden.
De meeste apparatuur op de tot nu toe gebruikte bussystemen waren passief (slave). Met de huidige eisen zal deze apparatuur ook een actieve rol (master) moeten gaan vervullen, met eigen intelligentie. De uit de kantooromgeving bekende moderne IT technologie biedt momenteel een breed scala aan systeemcomponenten tegen gunstige prijzen. Er is een reusachtig potentieel voor innovatie. Het doel is deze technologie voor industriële automatisering te gebruiken. Ethernet vertegenwoordigt de quasi-norm als communicatiemiddel waardoor het hier een prominente rol krijgt.
De ontwikkeling van moderne veldbussystemen zou gericht moeten zijn op het toepassen van de voordelen die Ethernet biedt. De installatie van Ethernetsystemen moet eenvoudiger gemaakt worden. Vergeleken met de nu gebruikte veldbussystemen is Ethernet, in zijn huidige vorm, te complex. De eisen die gesteld worden aan de individuele componenten binnen een productie-installatie blijven ook groeien. Dit beïnvloedt onder andere scantijden, precisie/frequentie van metingen, gegevensopslag en verwerkingcapaciteit.
De prestatie van zowel procescomputers als communicatiesystemen zullen aan de groeiende behoefte van technische automatiseringssystemen moeten voldoen.
Het moderne op Ethernet gebaseerde veldbussysteem SafetyNET p van Pilz voldoet aan bovengenoemde eisen. Daarnaast is SafetyNET p eenvoudig te installeren en even betrouwbaar als de reeds in gebruik zijnde veldbussystemen.
Technische gegevens van SafetyNET p's
SafetyNET p is een multi-master bussysteem. Alle apparaten op het netwerk hebben gelijke rechten. De scantijd van de bus bij SafetyNET p kan worden aangepast aan de eisen van de applicatie. De minimale scantijd van de bus is 62.5 μs. Hierdoor is het zelfs mogelijk om SafetyNET p te gebruiken in de regelkring van een frequentieregelelaars bij de informatieuitwisseling tussen de encoder en de snelheidsregellaar.
Een veelheid aan hoog dynamische toepassingen is derhalve mogelijk. Taken en “events” kunnen met grote nauwkeurigheid over het gehele netwerk worden verwerkt en opgeslagen. Dit is een eis die gesteld wordt aan “real time” applicaties.
In een real time applicatie kan een “jitter” van rond 100 ns bereikt worden. Het protocolbevat een kanaal voor de overdracht van veiligheidskritische gegevens dat gecertificeerd is overeenkomstig SIL 3 volgens IEC 61508. Zowel veiligheidkritische gegevens als standaardgegevens worden via dezelfde buskabel overgedragen. De niet-veiligheidskritische deelnemers op het netwerk hebben directe toegang tot de veiligheidskritische gegevens en kunnen deze gegevens voor standaard taken gebruiken.
SafetyNET p is uiterst flexibele, niet alleen wanneer het over het selecteren van een geschikte scantijd voor de bus gaat, maar ook wanneer men moet beslissen over de aangewezen topologie: lineair, ster, boom en de ringstopologieën worden allen ondersteund.
Het RTFL- communicatie type is geschikt voor “intra-cell” communicatie omdat deze de snelste scantijden voor de bus toestaat. De RTFN-communicatie type wordt gebruikt voor hogere niveaus omdat deze de beste coëxistentie met de bestaande systemen biedt.
De interface met de applicatie wordt gemaakt via de bekende technologie van CANopen. Bestaande apparatuur met een CANopen interface kan op eenvoudige wijze omgebouwd worden naar SafetyNET p door de transportlaag te wijzigen.
Intelligente technieken toegepast om het processorvermogen, voor de communicatie binnen de SafetyNET p apparatuur, tot een minimum te beperken. Dit vermindert bijvoorbeeld de kosten voor eenvoudige veldapparaten zoals I/O modules. Systemen die geen real time functie hebben (Scantijd > 1 ms) kunnen opgebouwd worden met standaard Ethernet apparatuur.
SafetyNET p gebruikt de technologie van Ethernet
De interface hangt af van het vereiste prestatieniveau: Als de snelste mogelijke communicatie vereist wordt moet RTFL communicatie gebruikt worden. Deze is gebaseerd op OSI Laag 2 van Ethernet (MAC frames).
Voor communicatie binnen gemengde op Ethernet gebaseerde netwerken, van cel naar cel of in standaard netwerken, wordt TCP/IP of UDP/IP communicatie gebruikt.
De conventionele COTS (standaard) infrastuctuur van Ethernet als dit acceptabele prestaties geeft. Daarbij kunnen ook de standaard connectoren, kabels, routers en swtches it omvat zijn omvat schakelaars, kabels, routers, gateways of communicatiekanalen.
Ethernet als veldbus
Ethernet werd oorspronkelijk ontwikkeld om grote hoeveelheden gegevens uit te wisselen tussen grote computersystemen, zonder dat er enige specifieke eisen ten aanzien van het real time gedrag werden gesteld.
De technologie van Ethernet moet worden geoptimaliseerd om aan de eisen, ten aanzien van de deterministische communicatie, eenvoudig ontwerp en goede algemene prestaties, voor een veldbus te voldoen.
Een Ethernet dataframe is ontworpen voor het overdragen van grote pakketten data. De minimale grote van zo’n frame is 48 bytes. Als kleinere datapakketten worden verzonden worden de ongebruikte bytes toch verzonden. Dit fenomeen heet padding.
Gebaseerd op een Ethernetframe met een header van 26 Bytes, zou de het framegrootte van 48 bytes inefficiënt lijken voor een I/O apparaat met 16 bits. Twee 2 Bytes met bruikbare gegevens staan dan tegenover een overhead van 72 Bytes. Zelfs bij een busbelasting van 100%, zal het aandeel bruikbare gegevens per verbinding nooit hoger worden dan 3%.De Ethernetframes in de zender en de ontvanger worden verwerkt in een protocolstack. De protocolstack wordt meestal verwerkt in de processor van het apparaat en daardoor een last de beschikbare verwerkingscapaciteit.
De verwerkingstijd van de processor is nog langer dan de tijd die het kost om de gegevens via de Ethernet kabel over te brengen. Het mag duidelijk zijn dat de processorcapaciteit voor de verwerking van ethernetcommunicatie vele malen groter is dan die van veldbussystemen.
Als de TCP/IP gegevensframes worden gebruikt om de gegevens over te dragen, zullen alle apparaten IP adressen moeten hebben. Ook hier geld dat het werk dat komt kijken bij het selecteren en toewijzen van de adressen significant groter is dan bij veldbussen.
De standaard Ethernet netwerken kenmerken zich gewoonlijk door een boom of sterstructuur. Één of meerdere gecentraliseerde switches worden direct aangesloten op de individuele eind-apparaten. Dit betekent dat elk eind-apparaat een poort op de switch nodig heeft.
Als meerdere switches toegepast worden, vormen deze gewoonlijk een stervorming netwerk. Dit type netwerk is te complex en kostenintensief voor toepassing bij veldbussystemen.
Om er voor te zorgen dat de Ethernetgebruikers met elkaar kunnen communiceren functioneren de switches in het sterpunt van een Ehternetnetwerk als een hub. Zij ontvangen Ethernetframes bij één poort en zodra het frame geheel ontvangen is geven zij het aan de relevante bestemming(poort) door. Als de bestemming(poort) de gegevens niet kan ontvangen, zal deze switch tijdelijk voor het frame als buffer optreden.
Dit proces, plus de interne verwerkingstijd binnen de switch, veroorzaakt over het algemeen kleine maar onberekenbare vertragingen, die kunnen worden beschouwd als jitter.
Bovengenoemde aspecten moesten worden opgelost om Ethernet geschikt te maken om als veldbus te gebruiken.
Meer informatie over SafetyNET p en de vereniging die de ontwikkeling hiervan mogelijk heeft gemaakt is te vinden op www.safetynetp.com.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten