Anbindung an ein industrielles Netzwerk

Revolution Pi Gateways

Diese Woche stellen wir euch unsere modularen Gateways vor, mit denen Ihr die Möglichkeit habt den RevPi Core in ein industrielles Netzwerk einzubinden.

Modulare Gateways

Die bisherige Aufgabe unserer modularen Gateways war es, industrielle Netzwerke mit unterschiedlichen Netzwerkprotokollen zu verbinden (z.B. ein PROFIBUS-Netzwerk mit einem PROFINET-Netzwerk). Den Ansatz die einzelnen Protokolle in separate Hutschienenmodule unterzubringen, sorgt für eine große Flexibilität, da alle verfügbaren Protokollmodule untereinander kompatibel sind. Vorteil des modularen Aufbaus ist der u.a. Kostenfaktor bei Änderungen der technischen Gegebenheiten im Feld. Während übliche Gateways beispielsweise bei einem Netzwechsel komplett ausgetauscht werden müssen, wird bei unserem System nur das Modul des betroffenen Netzes ersetzt.

Die einzelnen Gateway-Module werden mittels Steckbrücke miteinander verbunden, dem gleichen Verbindungssystem mit dem u.a. der RevPi Core mit einem I/O-Modul verbunden werden kann. Die einzelnen Gateway-Module werden mit einer Betriebsspannung von 24V versorgt. Der eingebaute Verpolungsschutz verhindert eine Zerstörung des Moduls durch Verpolung der Spannungsversorgung. Die Abmessungen pro Hutschienengehäuse betragen ca. 22,5 x 101 x 115mm.

Zurzeit bieten wir Gateway-Module als Slave-Varianten für folgende industrielle Netzwerkprotokolle an:

  • PROFINET IRT
  • EtherNet/IP
  • POWERLINK
  • EtherCAT
  • Sercos III
  • Modbus TCP
  • PROFIBUS
  • DeviceNet
  • CANopen
  • Modbus RTU
  • Seriell

Alle Modulvarianten sind bei den jeweiligen Nutzerorganisationen geprüft und zertifiziert worden. Neben oben genannten Netzwerkprotokollen werden in Zukunft auch noch Gateway-Module für die Busvarianten DMX und KNX erhältlich sein.

Funktionalität der modularen Gateways

Die modularen Gateways von KUNBUS werden normalerweise immer paarweise und ohne zusätzliche Steuerung eingesetzt. Dabei ist jeweils ein Gateway dafür zuständig, gegenüber dem Feldbus, für welchen es ausgelegt wurde, zyklische Prozessdaten auszugeben und entgegenzunehmen. Jedes Feldbusmodul hat zwei Pufferspeicher die in der Regel 512 Byte groß sind. In den einen Puffer können Daten über den Feldbus geschrieben und aus dem anderen gelesen werden.. Die zwei Feldbusmodule tauschen nun wiederum zyklisch über einen Brückenstecker den Inhalt der Pufferspeicher aus, d.h. die Daten die im einem Gateway geschrieben wurden können im anderen gelesen werden und umgekehrt. Gegenüber dem jeweiligen Feldbus können die Daten strukturiert dargestellt werden (je nach Möglichkeiten des Feldbus Typs). Aber zwischen zwei Gateways werden die Daten immer als unstrukturierter Datenblock ausgetauscht. Es ist daher Sache der jeweiligen Feldbuskonfiguration, die Datenstrukturen passend aufeinander abzustimmen, damit die Umsetzung von einem Protokoll in ein anderes Sinn macht.

Zusammenspiel RevPi Core und Gateway

Bei der Verwendung eines modularen Gateways als RevPi Gate findet nun der Austausch der oben erwähnten Datenblöcke zu den beiden Speicherbereichen eines Gateways über die Ethernetkanäle der PiBridge mit dem zentralen Prozessabbild des RevPi Core statt. Dadurch gelangen die ursprünglich auf dem jeweiligen Feldbus strukturiert angelegten Daten als Block in das RevPi Prozessabbild oder werden von dort als Block am Feldbus bereitgestellt. Über den Konfigurator PiCtory können aber diese Daten auch im RevPi Core als strukturierte Daten weiterverarbeitet werden (zum Beispiel von der Soft-SPS logi.RTS). Der Datentransfer zwischen RevPi Gate und RevPi Core läuft asynchron zu allen anderen Prozessen (auch der zyklischen RevPi DIO Kommunikation).
Die Zykluszeit zwischen dem RevPi Core und einem RevPi Gate haben wir aktuell mittels Treiber auf 5 ms eingestellt. Die RevPi Gate Module könnten zwar Zykluszeiten von unter 2 ms erreichen, jedoch würde das die Systemlast des RevPi Core unverhältnismäßig belasten. Denn, je kleiner die Zykluszeiten im Treiber eingestellt werden, umso stärker ist die Systemlast des RevPi Core, die für diesen Prozess aufgewendet werden muss.

An einem RevPi Core können maximal zwei RevPi Gate Module angeschlossen werden, die jeweils links und rechts vom Core Modul als letzte Module in der Einbaureihenfolge eingebaut sein müssen.

11 Gedanken zu „Anbindung an ein industrielles Netzwerk“

  1. Interessant Interessant, Eingänge Ausgänge kann man ja wo frei erweitern und sonst auch alles mögliche anhängen.

    Interessant wäre was die Preise angeht.
    Eine Überlegung ist es auf alle Fälle wert.
    Programmiert wird mit?

    1. Programmiert wird mit allem, was es für Raspberry Pi gibt (C, Python, etc.). Oder aber die fertige PLC-Software verwenden und dann nach EN61131 Steuerungsprogramme schreiben (Liste, Funktionsblock).
      Wegen der Preise bitte ich noch mal um ein wenig Geduld. Spätestens im September werden wir dazu mehr sagen können.

    1. Ja, einen Profinet-Master Gateway von KUNBUS wird es sicher bald geben. Den definitiven Zeitpunkt können wir aber hier noch nicht nennen. Alternativ stehen natürlich für die Tüftler in der Community alle Wege offen, sich mit alternativen SW-Produkten zu befassen, die einen Soft-Master über Ethernet bereitstellen. Eine solche Lösung wäre aber zunächst mal unzertifiziert.

  2. Hallo Volker,

    bis zu welcher Baudrate werden denn die seriellen Gateways verfügbar sein?
    Sind diese auch mit Hardware- Flow- Control ausgerüstet? Kann die Pi- interne serielle Schnittstelle bzw. die von Linux unterstützte, auf die Gateways umgeleitet werden? Sind die seriellen Gateways auch als RS-485 bzw. RS-422 verfügbar?

    1. Hallo Mario,
      im industriellen Bereich macht das aus unserer Sicht wenig Sinn. Es gibt hervorragende Relais für die Hutschiene, die man dann der zu schaltenden Leistung entsprechend auswählen kann. Relais sind Verschleißteile, weshalb der feste Einbau in Module nicht empfehlenswert ist. Hinzu kommt noch ein anderes Problem: Oft sollen hohe Spannungen (über 40 V ) geschaltet werden. Wenn wir so ein Modul für diese Spannungen freigeben würden, dann würde es verschärften Auflagen für CE bzw. die EN61131-2 unterliegen. Wenn zum Beispiel keine 16 A geschaltet werden könnten (wie das bei diversen angeblich industrietauglichen Raspi oder Arduino Nachbauten der Fall ist), dann dürfen solche Relais nicht an üblichen Stromkreisen betrieben werden, die für Ströme bis zu 16 A abgesichert sind (z.B. im smart home Bereich). Externe Hutschienenrelais machen einfach mehr Sinn.

      Zur Frage nach dem seriellen Gateway:
      Bitte schau hier nach: https://www.kunbus.de/serial-rx-gateway-modul.html
      Dort kann man auch die Anleitung runterladen.
      Wenn man denn unbedingt eine „Umleitung“ will, geht es ja sicher nicht um zyklische Prozessdaten, sondern um azyklische Teuer- ode Statuskommandos. Welchen Sinn sollte es machen, diese Dinge in das Prozessabbild einzubinden? Und wenn Du einfach nur eine serielle Schnittstelle für irgend eine Anwendung benötigst, dann nimm einen USB auf Seriell-Konverter. Unter Lonux meldet sich dieser dann als serielle Schnitttstelle (tty).

  3. Tolles Projekt,

    Wie sieht es mit der Schnittstelle zu M-Bus aus? Ist da etwas in Planung?
    Da uns der Revolution Pi als Hardware und als Idee sehr gut gefällt, überlegen wir uns den Pi als Gateway zu unserer Energie-Monitoring und Remote-Zugriffs Cloud zu verbinden. Dazu wäre aber M-Bus eine zwingende Schnittstelle.

    Wie habt ihr das Problem mit Updates des Kernels und des Betriebssytemes gelöst? Gibt es die Möglichkeit Remote-Updates über TCP/IP durchzuführen?

    1. Hallo Kevin,
      ja, Du kannst über apt Updates ziehen und wir ermöglichen den Remote Zugriff mit SSH. Allerdings ist unser Connection Service für „schwierige IT Umgebungen“ mit zugenagelter Firewall bislang nur für HTTPS Zugriffe offen. SSH geht nur remote im LAN oder dann eben über konfigurierte Router (ggf. mit DynDNS) auch im WAN.
      Für die Zukunft sind Tools geplant, die über Cloudservices eine Assetverwaltung zulassen und ein gesteuertes Deployment erlauben.
      M-Bus gibt es bei den modularen Gateways noch nicht. Für 2017 haben wir aber eine Gebäudetechnik-Initiative geplant und werden gezielt auch Lösungen für die Energiewirtschaft anbieten. Es wird dann auch eine parallele Familie „RevPi Home“ geben, die niedrige Gehäuse für Unterverteilungen haben wird und schon gleich IO-Kanäle (digital und anlaog) in der CPU mitbringt. Modulbus wird dann nicht mehr die PiBridge sein, sondern Modbus TCP. Ansonsten werden die Familien softwarekompatibel sein und auch gemischte Installationen erlauben. M-Bus wird bei RevPi Home dann definitiv möglich sein.

    1. Ja, RevPi Air ist ein Modul, welches sich in Planung befindet. Bis es auf den Markt kommt empfehlen wir einfach USB-Produkte, die wir auch im Shop haben. Bei BT müssen für angeschlossene Geräte natürlich die entsprechenden Treiber selber geschrieben werden, wenn es um Daten geht, die mit dem zentralen Prozessdatenabbild ausgetauscht werden sollen. Aber Beispiele für so etwas werden wir in unserem Videochannel zeigen.

Kommentare sind geschlossen.