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Gateways erleichtern die Migration

01 Mit den Gateways lassen sich einfach Übergänge von CAN und CANopen zum Industrial Ethernet wie Profinet, Ethercat sowie zu Ethernet/IP und Profibus realisieren

01 Mit den Gateways lassen sich einfach Übergänge von CAN und CANopen zum Industrial Ethernet wie Profinet, Ethercat sowie zu Ethernet/IP und Profibus realisieren

02 Gateways zum klassischen Feldbus: Von Devicenet oder CAN zu Profibus-DP

02 Gateways zum klassischen Feldbus: Von Devicenet oder CAN zu Profibus-DP

03 Das CAN-to-Cloud-Gateway ermöglicht es, CAN-Daten über Ethernet in der Azure-Cloud zu speichern

03 Das CAN-to-Cloud-Gateway ermöglicht es, CAN-Daten über Ethernet in der Azure-Cloud zu speichern

Nur mit schnellen Kommunikationsprotokollen, zum Teil mit Echtzeiteigenschaften, lässt sich der große Daten- und Informationsbedarf der Industrie-4.0-Konzepte stillen. Diese werden häufig mithilfe von Industrial-Ethernet-Systemen umgesetzt. In vielen Maschinen und Anlagen sind jedoch überwiegend klassische Feldbusprotokolle wie CAN 2.0, CANopen, Devicenet sowie Profibus-DP im Einsatz. Um diese in ein übergeordnetes Netzwerk einzubinden, bietet Esd Electronics eine Reihe von Gateways und Bridges von CAN zu Industrial Ethernet sowie zu anderen Feldbussen an.
Obwohl über Industrial-Ethernet viel geschrieben und gesprochen wird, erfolgt die industrielle Kommunikation über klassische Feldbussysteme und über Industrial-Ethernet zu ähnlichen Anteilen. So wird beispielsweise der CAN-Bus aufgrund seiner hohen Datensicherheit und seinen kostengünstigen Komponenten sowohl in der industriellen Automatisierung als auch in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt. Viele ältere Maschinen und Anlagen nutzen ihn um Ein- und Ausgabesignale dezentral zu verarbeiten. Um die CAN-Bus-Kommunikation mit seinen vielfältigen Protokollen in übergeordnete Feldbus- oder Industrial-Ethernet-Systeme einzubinden, sind skalierbare und einfach konfigurierbare Gateways erforderlich.
Das Systemhaus Esd Electronics hat seit den 1990er-Jahren Erfahrung mit Automatisierungslösungen auf Basis von CAN. Hierzu zählen insbesondere Schnittstellenkarten und Gateways. Mit den Gateways lassen sich Übergänge von CAN und CANopen zu Profinet, Ethercat, Ethernet/IP oder Profibus einfach realisieren. Noch einen Schritt weiter gehen CAN-to-Cloud-Lösungen, die Maschinen- und Prozessdaten über das Internet mittels Download bereitstellen können – ohne Eingriff in die Maschinenprogrammierung. Bridges, um Daten mit unabhängigen CAN-, Ethercat- und Wireless-Netzwerken auszutauschen, ergänzen das Angebot.
Gateways zu Profibus bzw. Profinet muss der Anwender nicht extern konfigurieren. Die gesamte Konfiguration und Parametrierung wird vom Anwenderprogramm der SPS durchgeführt. Das erleichtert den Austausch einer Baugruppe deutlich. Zusätzliche externe Tools oder Hilfsmittel zur Konfiguration und Parametrierung der Gateways werden somit im Feld nicht benötigt.
CAN über Industrial-Ethernet koppeln
Um CAN-Daten einem Industrial-Ethernet zu übergeben, hat Esd verschiedene Gateways im Programm (Bild 1). Das CAN-PN-Gateway mit Pufferspeicher ist mit einem CAN-Interface gemäß ISO 11898-2 und einem Profinet-Interface (IEEE802.3) ausgestattet. Es ist besonders zum Anschluss des CAN-Busses an SPS, wie Simatic-S7-300, S7-400, S7-1200 oder S7-1500, geeignet. Die Konfiguration erfolgt zum Beispiel über den PLC-Simatic-Manager oder das TIA Portal. Diese Art der Konfiguration vereinfacht den Modultausch. Das CANopen-PN-Gateway dient zum Anschluss von CANopen-Geräten an Profinet-IO. Es arbeitet mit maximal 1440 Eingangsbytes und 1440 Ausgangsbytes auf dem Profinet-IO-Bus. Mit seinem ebenfalls gemäß ISO 11898-2 ausgeführten CAN-Interface lassen sich bis zu 127 CANopen-Knoten einbinden. Alternativ ist der CAN-Bus auch über einen Inrailbus-Steckverbinder zugänglich.
Das Profinet-Interface ist kompatibel zur IEEE802.3 und wird über das Profinet-IO-Konfigurations-Tool GSDML-Composer konfiguriert. Beim CANopen-PN können auch die kostenlosen Esd-CAN-Tools (CAN SDK, CANreal, etc.) zur Konfiguration und Diagnostik genutzt werden.
Mit dem Gateway CAN-Ethercat lässt sich ein Übergang zu Ethercat herstellen. Die Konfiguration und Diagnose erfolgt über den Ethercat-Master beziehungsweise den Ethercat-Konfigurationstools. Zur Integration von ethernet-basierten Geräten in ein Ethercat-Netzwerk mittels Ethernet-over-Ethercat (EoE) kann das Gateway zusätzlich zu seiner CAN-Bridge-Funktionalität auch als Switch Port eingesetzt werden.
Das Ethercan/2-Gateway für die Anbindung an Ethernet kann unter Windows und Linux auf Basis der Esd-Ntcan-API wie eine lokale CAN-Schnittstelle genutzt werden und unterstützt daher sowohl die kostenlosen Esd-CAN-Tools zur Bus-Diagnose und Inbetriebnahme als auch die Esd-CAN-Protokoll-Stacks (CANopen, J1939, …). Zur Anbindung an andere Betriebssysteme unterstützt das Gerät zusätzlich auch das offene UDP basierte Protokoll Ethercan Low Level Socket Interface (Ellsi). Ein typischer Einsatzbereich dieses Protokolls ist zum Beispiel die Anbindung einer SPS. Speziell zur Anbindung an die Simatic-Typen S7-300/400 existiert ein optionales Software-Paket mit Funktionsbausteinen zum Versenden von CAN-Nachrichten über UDP. Alternativ können auch zwei Ether-CAN/2-Gateways zu einer autonomen Verbindung zweier CAN-Netze via TCP/IP im CAN-to-CAN-Bridge-Modus betrieben werden. Die umfangreichen Konfigurationsmöglichkeiten des Gateways sind über ein Webinterface erreichbar.
CAN über den klassischen Feldbus koppeln
Zum zuverlässigen Koppeln von CAN-Modulen mit Profibus-DP hat Esd Electronics verschiedene Gateways im Programm (Bild 2). Das CAN-DP/2-Gateway mit Layer-2-Implementation unterstützt das Protokoll CAN 2.0. Es ermöglicht eine CAN-Anbindung zu SPS, wie die Simatic-Typen S7-300/400, arbeitet als DP-Slave und verarbeitet bis zu 300 Bytes Prozessdaten (eingangs- und ausgangsseitig). Die Anzahl der CAN-Knoten wird durch das Modul nicht beschränkt. Es unterstützt CAN-ID mit 11 bit und 29 bit. CAN-DP/2 wird über die Standard-Tools konfiguriert. Die Laufzeit-Konfiguration erfolgt über die SPS. Das Gateway überträgt neben CAN 2.0 auch CANopen. Als DP-Slave nach IEC 61158 verarbeitet es jeweils 240 Ein- und Ausgangsbytes. Die Zykluszeit wird lediglich durch den Profibus begrenzt. Eine typische Anwendung ist die Kopplung einer Simatic-S7 mit CANopen. Die Konfiguration nimmt der Anwender über die Standard-Tools und die Laufzeit-Konfiguration über die SPS vor.
Die Gateways DN-CBM-DP und DN-DP übertragen auch Devicenet. Sie lassen sich über die SPS konfigurieren und fungieren als Profibus-DP-Slaves. Typischerweise verbindet das CAN-CBM-DP-Gateway eine SPS mit dem CAN-Layer 2 oder Devicenet. Der DP-Slave stellt bis zu 300 Datenbytes zur Verfügung.
CAN-Daten über das Internet verfügbar machen
Das Gateway CAN-to-Cloud erlaubt den weltweiten Zugriff auf die Daten eines ausgewählten CAN-Netzes unter Verwendung eines Azure-IoT-Hubs (Bild 3). Es sendet über eine sichere TLS/SSL-Datenübertragung CAN-Nachrichten zur Microsoft Azure Cloud. Von dort sind die Daten weltweit abrufbar. Basierend auf diesen Daten lassen sich beispielsweise Warnungen generieren und an Computer-Systeme oder Smartphones ausgeben.
Mithilfe eines Webbrowser-Interface ist CAN-to-Cloud einfach zu bedienen. Es lassen sich CAN-Nachrichten über ID filtern, komplette oder partielle CAN-Daten weiterleiten, diverse Datenformate verarbeiten, anwendungsspezifische Infos zu Nachrichten ergänzen sowie Nachrichten mit einem Zeitstempel versehen. Die Cloudplattform ist beispielsweise für vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance) einsetzbar. Eine vor Ort Software-Überwachung kann dann entfallen. Das Daten-Hosting kann auch explizit in deutschen Rechenzentren erfolgen (Microsoft Azure Deutschland, Treuhänder Telekom).
Unabhängige Netze integrieren mit Bridges
Wenn unabhängige Netze gekoppelt werden sollen, sind Bridges gefragt. Die Ethercat-Bridge ECX-EC verbindet zwei Ethercat-Slave-Segmente miteinander. Dadurch können Prozessdaten zwischen zwei unabhängigen Ethercat-Netzwerken ausgetauscht werden. Zur Synchronisation der verschiedenen Takte (DC) nutzt die Bridge den exakten Unterschied zwischen zwei Slave-Zeitstempeln als CoE-Objekt, um einen Master auf den anderen einzustellen. In einem redundanten Netz verwenden die ECX-EC-Bridges zeitgleich den ersten und letzten Slave, was dem Master erlaubt, in beiden Segmenten alle Slave-Segmente synchron zu halten. Die Ethercat-Implementierung stützt sich auf Ethernet-Ports gemäß IEEE 802.3, die Konfiguration erfolgt über CoE-Objekte, das Firmware-Update sowie der EoE-Support (Switch-Port) wird über FoE vorgenommen. Die Konfiguration des Ethercat-Prozessabbildes kann über typische Netzwerk-Konfigurations-Tools (zum Beispiel Esd Workbench, Twincat) erfolgen.
Die intelligente CAN-Bridge CAN-CBM-Bridge/2 mit Datenpufferung verbindet zwei CAN-Netze. Sie ist in der Lage, CAN-Netze mit verschiedenen Datenraten zu verbinden. Die Bridge unterstützt die 11-bit-CANIdentifier und 29-bit-CAN-Identifier. Auch sie verwendet das CAN-Interface gemäß ISO 11898-2. Die CAN-Bridge ist mittels Optokoppler und DC/DC-Wandler galvanisch getrennt ausgeführt. Eine Konfiguration ist über die serielle Schnittstelle (RS-232) des PC einfach möglich. Das Gerät ist für DIN-EN-Tragschienen-Montage (TS 35) ausgelegt. (no)

Dipl.-Ing. (FH) Renate Klebe-Klingemann ist Technische Redakteurin bei der Esd Electronics GmbH in Hannover. Renate.Klebe-Klingemann@esd.eu

Dipl.-Ing. (FH) Renate Klebe-Klingemann ist Technische Redakteurin bei der Esd Electronics GmbH in Hannover. Renate.Klebe-Klingemann@esd.eu