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14. November 2011

Elektronisches Sicherheits- und Protokollkonzept

Um auf die neuen und gestiegenen Herausforderungen im Automatisierungsmarkt reagieren zu können, brauchen Systementwickler leistungsfähige und robuste Komponenten. Seit einiger Zeit bietet auch Texas Instruments Embedded Prozessoren und Analoglösungen an, die sich für den Einsatz in der rauen Umgebung der Automatisierungstechnik eignen. Die etz-Redaktion sprach mit Matthias Poppel und Elizabete de Freitas über die Automatisierungsstrategie des Elektronikspezialisten.


Für welche Automatisierungsbereiche bieten Sie Produkte an?

M. Poppel: Das Segment Industrial Automation gewinnt für uns – vor allem in Deutschland – immer mehr an Bedeutung. Dies haben wir für uns in die sechs Bereiche Industrielle Kommunikation, HMI, Antriebssteuerungen, SPS, Sensorik und Safety aufgeteilt. Für alle diese Bereiche bieten wir Produkte mit besonders hoher Zuverlässigkeit an, damit Hersteller in anspruchsvollen Umgebungen den strengen Anforderungen, die an sie gestellt werden, gerecht werden können.

Die Produktpalette umfasst Prozessoren und Analoglösungen. Sie wird durch Stromversorgungs- und Schnittstellenkomponenten sowie Operationsverstärker, RFID-Komponenten und Treiberbausteine ergänzt. Alle Produkte sind unter anderem in Bezug auf den Temperaturbereich, die Lebensdauer und das Design auf die industriellen Anforderungen zugeschnitten.


Warum ist das Thema „Funktionale Sicherheit“ für Sie so interessant?
M. Poppel: Vor allem weil unsere Kunden nun die Anforderungen der DIN EN ISO 13849 erfüllen und sich mit den Vorgaben für die Gestaltung von sicherheitsbezogenen Teilen von Steuerungen auseinandersetzen müssen. Mit diesem Safety-Aspekt haben wir im Automotive-Bereich schon langjährige Erfahrungen gesammelt. Wir stellen seit mehr als zehn Jahren Microcontroller für sicherheitsrelevante Automotive-Applikationen, wie ABS, ESP und Driveassist, her. Diese Erfahrung können wir mit unseren Produkten, wie der ARM-basierten Microcontroller-Familie Hercules, auch dem Industriemarkt zugänglich machen.


In wie weit lassen sich die speziellen Anforderungen aus diesem Bereich mit Ihren Lösungen erfüllen?
M. Poppel: Beispielsweise haben diese Controller zwei Cortex-R4-Kerne, die im Logstep arbeiten und sich somit gegenseitig kontrollieren. Außerdem gehören zu dem Sicherheitskonzept, unter anderem noch ECC für Flash- und RAM-Speicher sowie redundante Aufbauten. Damit sind unsere Kunden dann in der Lage, Applikationen nach SIL 2 und SIL 3 zu realisieren.


Welche Kundengruppen wollen Sie damit ansprechen?
M. Poppel: Diese Sicherheitslösungen werden zurzeit verstärkt in den Bereichen Logic-Control sowie Antriebssteuerung nachgefragt, also überall dort, wo es um die Steuerung und Regelung von Maschinen und Antrieben geht, die einem Bediener gefährlich werden können. Dort kommt vermehrt Elektronik zum Einsatz, die diesen Safety-Aspekt unterstützt.

Mit unseren Dual-Core-Logstep-Modulen können wir dabei außerdem Kosten und Platz sparen, da sich mit dieser Ein-Chip-Lösung ein redundantes System aufbauen lässt.

Zudem bieten wir jetzt innerhalb unserer C2000-Linie von 32-bit-Echtzeit-Prozessoren eine Familie mit dem Namen Concerto an. Dabei bringen wir einen Cortex-M3-Core und einen C2000 zusammen. Dadurch haben wir hier eine asymmetrische Struktur, die einigen Applikationen, wie der Antriebsregelung, entgegenkommt. Dabei kann man jeden Kern für separate Unteraufgaben nutzen und hat trotzdem noch den gegenseitigen Kontroll-Effekt. Auch Host-Slave-Konzepte lassen sich so auf einem Baustein realisieren.


Ein Schwerpunktthema von Ihnen ist ja auch die industrielle Kommunikation. Welche Protokolle haben Sie dabei im Fokus?

E. de Freitas: Um unseren Kunden eine größtmögliche Flexibilität bieten zu können, wollen wir alle Kommunikationsprotokolle unterstützen. Das realisieren wir bei unserer neuen Cortex-A8-basierten Prozessorfamilie AM335x. Diese kann verschiedene Echtzeit-Protokolle realisieren – nur durch das Verändern der Firmware. Dazu gehören Ethercat-Slave und -Master, Ethernet/IP, Profibus, Powerlink, Profinet und Sercos 3. Damit stehen die unterschiedlichsten Protokolle auf einer Plattform zur Verfügung. Die skalierbare Prozessorfamilie reicht von 275 MHz, zum Beispiel für eine IO-Steuerung, bis 700 MHz, zum Beispiel für eine HMI-Lösung.

M. Poppel: Für die gängigen, oben genannten Protokolle werden wir Stacks anbieten, die wir entweder selbst entwickeln oder von Partnern einbinden. Wesentlicher Bestandteil der Hardware ist die Programmable Realtime Unit (PRU), die auf dem Prozessor läuft. Sie sorgt in Kombination mit der Software, die zum Teil auf der PRU und auf dem Cortex-A8-Kern läuft, für die Flexibilität sowie für die Geschwindigkeit um Echtzeit-Bussysteme implementieren zu können. Standard-PC-Module sind zwar schnell, aber nicht zeit-deterministisch.


Was ist, aus der Sicht eines Elektronikanbieters, das am leichtesten umzusetzende Kommunikationsprotokoll?
E. de Freitas: Für uns sind alle Protokolle, die wir in unsere Lösungen implementieren, fast identisch. Einige haben ein paar Register mehr als andere, aber prinzipiell ist der Aufwand der gleiche.


Was machen die Kunden, die eigene Protokolle verwenden wollen?
E. de Freitas: Kunden, die eigene oder Legacy-Protokolle verwenden, können diese mit den neuen AM335x-Prozessoren durch die offene Programmierung weiterhin verwirklichen. Der Ablauf ist der gleiche, wie bei einer normalen Programmierung eines Embedded-Prozessors. Auf Wunsch unterstützen wir unsere Kunden dabei mit Programmier-Tools und Entwicklungs-Support.


Auf der Hannover Messe haben Sie eine Ethercat-Implementierung angekündigt. Welche ARM-Prozessoren sind mittlerweile verfügbar?
E. de Freitas: Das war der erste Schritt auf dem Weg zur AM335x-Familie. Auf der SPS/IPC/Drives werden wir alle Mitglieder live präsentieren. Durch die Flexibilität, die uns die Protokollveränderung via Firmware gibt, sind wir schon in Nürnberg in der Lage, die wichtigsten Protokolle anzubieten. Sowohl auf unserem Stand als auch bei den Protokollpartnern werden dann verschiedene Demos mit den Prozessoren zu sehen sein.


Welchen Nutzen haben Anwender von Ihren Kommunikationslösungen?
E. de Freitas: Unsere Hard- und Softwaretechnologien vereinen, wie schon erläutert, Leistungsfähigkeit und Flexibilität. Zudem bieten wir noch eine dedizierte Entwicklungsumgebung an, die die Prozessorplattform inklusive der PRU mit den Analog- und Power-Komponenten von Texas Instruments verbindet. Damit stellen wir ein komplettes Paket für die schnelle Entwicklung von industriellen Kommunikationslösungen zur Verfügung.


Was zeigen Sie sonst noch auf der SPS/IPC/Drives?
E. de Freitas: Wir stellen auf der Messe unsere komplette Produktstrategie für die Automatisierung vor: von der Sensorik und Stromversorgung über die industrielle Kommunikation und HMI bis zu Antriebssteuerungen und der funktionalen Sicherheit. Mehrere Demonstrationen zeigen, in welchen Bereichen wir überall erfolgreich tätig sind. Dazu gehört unter anderem eine Bildverarbeitungsapplikation mit unseren Prozessoren und Bibliotheken.

M. Poppel: Interessenten bekommen auf unserem Stand einen guten Überblick, was wir in der Automatisierung zu bieten haben. Alles können wir dort natürlich nicht zeigen. Schließlich umfasst unsere Produktpalette nach der Übernahme von National Semiconductor annähernd 80.000 Produkte in den Bereichen Analog- und Embedded-Prozessing sowie Wireless. Das gesamte Spektrum ist inzwischen so breit und so tief, dass wir gar nicht genügend Ausstellungsfläche anmieten könnten, um alles darzustellen.

Frank Nolte

Weitere Informationen unter www.ti.com.

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