Feldbusse, Industrial Ethernet & IO Module
11.06.2013

Ein Ansprechpartner für die gesamte industrielle Kommunikation

Beitrag aus openautomation 3/2013 Im Bereich der Factory Automation sind industrielle Kommunikation und das Hattersheimer Unternehmen Hilscher untrennbar verbunden...

Beitrag aus openautomation 3/2013

 

Im Bereich der Factory Automation sind industrielle Kommunikation und das Hattersheimer Unternehmen Hilscher untrennbar verbunden. openautomation sprach mit Hans-Jürgen Hilscher, geschäftsführender Gesellschafter, und Stefan Körte, Bereichsleiter Vertrieb und Marketing, über die Strategie dahinter und neue Entwicklungen.

Hans-Jürgen Hilscher ist geschäftsführender Gesellschafter der Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH

Hans-Jürgen Hilscher ist geschäftsführender Gesellschafter der Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH

Bei Hilscher stehen die Zeichen auf weiterem Wachstum. Mit hohen Investi­tionen in Technologien für die industrielle Kommunikation sichert sich das Familien­unternehmen seine Zukunft. Auch die Firmenzentrale ist nach den inzwischen abgeschlossenen Baumaßnahmen 2,5 mal so groß, um für weiteres Wachstum gewappnet zu sein. Mittlerweile sind allein hier mehr als 150 Mitarbeiter tätig. Zusammen mit den Tochterfirmen Hilscher SoC in Berlin und Hilscher DTC in Bulgarien stehen damit 100 Ingenieure für Entwicklungsaufgaben zur Verfügung. „Wir legen großen Wert auf unsere Selbstständigkeit und sind von keiner Bank und keinem anderen Unternehmen abhängig“, berichtet H.-J. Hilscher. „Die Investitionen sind aus eigenen Mitteln bezahlt. In einzelnen Technologiebereichen kooperieren wir mit Partnern.“ Das Unternehmen konzentriert sich bisher nur auf die Factory Automation.

 

Für die Implementierung von Busschnittstellen in Geräte gibt es im Markt unterschiedliche Ansätze. Auf Asics, in denen der Busanschluss auf Hardwarebasis realisiert wurde, wird dann zurückgegriffen, wenn ein Bussystem bei hohen Stückzahlen unterstützt werden soll. Mehr Flexibilität wird mit FPGA gewonnen. Im Gegensatz zu Mitbewerbern, die oft nur einen Baustein im Portfolio haben, stellt das Unternehmen Hilscher eine ganze Familie bestehend aus mehreren Bausteinen für alle Anforderungen und alle Netzwerke zur Verfügung.

 

„Mit der ‚netX‘-Basistechnologie lassen sich alle Bussysteme als Master und ­Slave bedienen“, betont S. Körte. „Anwen­der können gelassen der weiteren Entwicklung der Echtzeit-Ethernet-Systeme entgegen sehen“, schließt er an. Wenn Maschinenbauer für internationale Kunden unterschiedliche Bussysteme nutzen müssen, zum Beispiel Profinet, Ethercat und Ethernet/IP, brauchen sie mit einer auf „netX“ basierten Lösung nicht mehr unterschiedliche Hardware-Designs fahren. „Mit uns können Anwender auf eine ausgereifte Technologie setzen, die sich schon viele Jahre im Markt bewährt hat.“

 

Technologischer Vorsprung beträgt einige Jahre

„Unsere Bausteine sind für alle wesentlichen Netzwerke ausgelegt und mit ihnen lassen sich 95 % aller Aufgaben einfach abdecken“, berichtet H.-J. Hilscher. Eine besondere Rolle spielt dabei der Erfahrungsschatz in der industriellen Kommunikation. Allein mit „netX“ ist das Unternehmen mittlerweile 6,5 Jahre auf dem Markt. „Zuerst haben wir etwa 18 Monate für die Akzeptanz unserer Lösungen gekämpft“, gibt der Geschäftsführer zu. Die ist mittlerweile mehr als vorhanden.

 

Auch wenn inzwischen Nachahmerprodukte im Markt aufgetaucht sind, sieht dies der Geschäftsführer entspannt. Denn der technologische Vorsprung beträgt einige Jahre. „Bei uns sind nicht nur die Controller aus einer Hand, sondern auch die Protokoll-Stacks, Entwicklungs-, Konfigurations- und Test-Tools, sowie das gesamte Dienstleistungsspektrum“, so H.-J. Hilscher. Damit sind die Supportstrukturen identisch: Es kommen nicht unterschiedliche Stacks verschiedener Hersteller zum Einsatz.

 

Für alle Leistungsanforderungen steht eine Technologiebasis mit einer Chip-­Familie für alle Systeme zur Verfügung. Zur Familie der Netzwerk-Controller ge­hören „netX 51“ und „netX 100“. Dazu kommt der kleinere Bruder des „netX 51“, der „netX 52“, sowie Derivat-Versionen wie der „netX 6“. Insgesamt stehen sieben verschiedene Varianten zur Verfügung, mit denen alle Leistungs- und Kostenanforderungen abgedeckt werden. S. Körte: „Das Look-and-Feel sowie die Tool Chain sind identisch – von den einfachen Slaves bis zu den intelligenten Mastern. Somit haben die Kunden mit einem Ansprechpartner zu tun, der als Lieferant alle Anforderungen der industriellen Kommunikation abdeckt.“

Stefan Körte ist Bereichsleiter Vertrieb und Marketing bei Hilscher

Stefan Körte ist Bereichsleiter Vertrieb und Marketing bei Hilscher

Der Vorteil für den Anwender liegt auf der Hand: Während er bisher für jedes Bussystem mit einer anderen Firma zu tun hatte, gibt es nun einen Ansprechpartner für alle Lösungen. Viele Hersteller setzen so im Redesign komplett auf „netX“. Als Beispiel sei hier ein marktführender Anbieter von Automatisierungs- und Antriebstechnik genannt, der in allen Antriebssystemen der nächsten Generation durchgängig auf die Netzwerk-Controller aus Hattersheim setzen wird. Erfolgreich ist Hilscher auch bei Anbietern von IO-Systemen vertreten. Zum Einsatz kommen dabei die neuen Netzwerk-Controller „netx 51“ und „netX 52“, die zur neuen Generation gehören. Mit diesen Controllern lassen sich alle Protokolle im Slave-Modus abdecken, inklusive Profinet Version 2.3 und einem IO-Link 1.1 Master.

 

„Die neue Profinet-Version mit ihrem High Performance Profile machte die Weiterentwicklung unsere ‚netX‘- Kommunikationstechnologie erforderlich“, betont H.-J. Hilscher. Unterstützt werden damit auch das Dynamic Frame Packing, Bridge Delay minimization und Fragmentation. Mit diesen Verfahren werden die Datenpakete schneller weitergeleitet und die IO-Daten gleichzeitig in den Sendeframe eingetragen bzw. dem Empfangsframe entnommen.

 

„Für die Anbindung an Legacy-Systeme ist zusätzlich ein CAN-Controller enthalten“, so H.-J. Hilscher. „Eine weitere intelligente SPI-Schnittstelle wickelt den Datentransfer zwischen Host und ‚netX‘ selbstständig ab und belastet nicht mehr die Kommunikations-CPU. Bei Applika­tionen mit extrem kurzen Zykluszeiten kann der xPIC, ein frei programmierbarer 32-Bit/100-MHz-RISC-Controller mit Zugriff auf die gesamten Chip Peripherie weitere Aufgaben übernehmen. Für die Diagnose steht neben USB ein dritter Ethernet-Port zur Verfügung.“

 

Wenn Echtzeit-Ethernet-Systeme im Einsatz sind, lassen sich Updates auch über Webserver realisieren. „Dies hat sich im Feld bereits bewährt“, so der Manager. Genutzt wird dafür der Ethernet TCP/IP Channel der Echtzeitsysteme. So kann zum Beispiel von einem zentralen Punkt, einer SPS, das gesamte IO-System upgedatet werden. „Unser gesamtes Kommunikations-Know-how und die Wünsche unserer Kunden sind in die neuen Con­troller eingegangen“, schließt ­H.-J. Hilscher an.

 

Mehrwert für den Kunden

Die IO-Module können mit einer „netX“-basierten Hardware problemlos alle Real-Time-Ethernet Systeme abdecken. „Wir begleiten dabei die Ramp-up-Phase, bis die Fertigung läuft“, schließt der Kom­munikationsexperte an. „Wir entwickeln aber auch auf Wunsch die kompletten Module. Selbst die Fertigung der Elektronikbaugruppen können wir übernehmen.“

 

Als Trend lässt sich dabei feststellen, dass die Spezialisten von Hilscher immer früher im Entwicklungsprozess beim Kunden mit einbezogen werden. „Wir sind bereits in einer frühen Designphase auf Systemebene mit unterwegs“, bestätigt der Firmengründer. „Dabei entwickeln wir komplette Systeme und können zum Beispiel auch die Integration von Codesys mit anbieten. Unsere Leistung geht also weit über das reine Kommunikations­interface hinaus.“ Die Kommunikationsexperten mit ihrem Know-how werden beratend bei der Konzeption eines neuen Automatisierungssystems hinzugezogen. Dabei steht die gesamte Wertschöpfungskette im Fokus, inklusive Entwicklung und Produktion.

 

„Wenn das Gesamtpaket betrachtet wird, kommen die deutlichen finanziellen Vorteile mit unseren Lösungen zum Tragen“, erklärt der Unternehmer. „Da wir nicht nur Prototypen bauen, sondern das gesamte Spektrum bis zum fertigen Produkt realisieren, bieten wir unseren Kunden einen erheblichen Mehrwert.“

 

netPROXY-Technologie vereinfacht Zugriff

Die „netX 51/52/6“-­Bausteine ermöglichen flexible Slave-Anschaltungen für alle industriellen Kommunikations­protokolle

Die „netX 51/52/6“-­Bausteine ermöglichen flexible Slave-Anschaltungen für alle industriellen Kommunikations­protokolle

Ein Ansprechpartner stellt eine durchgängige Lösung für alle Anforderungen der industriellen Kommunikation zur Verfügung. Allerdings endeten alle bisherigen Leistungen an der unterschiedlichen Applikationsschnittstelle der Protokoll-Stacks. „Netzwerke unterscheiden sich in ihren Datenstrukturen und Diensten, die bei den Systemen unterschiedlich organisiert sind“, erklärt H.-J. Hilscher. „Protokolle, wie Profinet, Ethercat oder Sercos, haben ihre speziellen Events und Alarmmechanismen; die Datensynchronisierung ist verschieden.“

 

Dafür hat Hilscher nun die „netPROXY“-Technologie erfolgreich eingeführt, mit deren Hilfe oberhalb des Protokoll-Stacks ein generisches Daten- und Dienstmodell als Applikationsschnittstelle eingezogen wurde. „Der Anwender kennt seine Gerätdaten und konfiguriert danach das generische Datenmodel. Dienste, wie Alarme, Meldungen oder das Starten/Stoppen der Buskommunikation, werden auf Schreib-/Lesefunktionen von fest definierte Objekte abgebildet. Der Anwender hat nur noch diese eine Schnittstelle“, betont H.-J. Hilscher. „Damit hat er dann Zugriff auf alle Netzwerke. Die ‚netPROXY‘-Technologie übernimmt es, die einzelnen Werte in die Netzwerke zu übersetzen und natürlich ist an diese Schnittstelle auch ein Webserver angebunden.“ Der Aufwand für den Anwender ist minimiert und nebenbei fallen noch Funktionen für den automatischen Gerätetest ab. „Erfahrungsgemäß dauert es zwei bis drei Wochen, ein weiteres Netzwerk ins Gerät zu integrieren“, weiß der Geschäftsführer. So werden auf Systemebene Synergien freigesetzt.

 

„Ein gutes Beispiel für die Synergie stellt der IO-Link Master mit Umsetzung auf alle Realtime-Systeme dar“, setzt der Geschäftsführer fort. „IO-Link wird an den Proxy angebunden und alle Netzwerke stehen zur Verfügung.“ Die „netPROXY“-Technologie spielt eine wichtige Rolle in der Differenzierung von den Nur-Chip-­Anbietern für die industrielle Kommunikation auf Systemebene. „Unser Software- und das Automatisierungs-Know-how machen den Unterschied“, ergänzt er. Die „netPROXY“-Technologie war Thema der Bachelor-Arbeit von Sebastian Hilscher, Sohn des Firmengründers und mittler­weile im Unternehmen tätig, an der Hochschule Darmstadt.

 

Die Voraussetzungen für den Erfolg der „netX“-Lösungen sind also die flexiblen Netzwerk-Controller, die umfangreichen Protokoll-Stacks und die netPROXY-Technologie. „Die netPROXY-Stellvertreterschnittstelle für alle Netzwerke haben wir letztes Jahr entwickelt“, setzt H.-J. Hilscher fort. „Das erste Gateway-Projekt realisierten wir im gleichen Jahr. Dieses Jahr haben wir nun ein erstes IO-System damit aufgebaut. Aktuell implementieren wir das „BiSS“-Interface. Damit erhalten Drehgeberhersteller ohne großen Aufwand den Anschluss an die ganze Real-Time-Ethernet Welt.

 

Auch bei den neuen „netX“ geht

es nicht um einzelne Baugruppen, sondern „um eine komplette Generation“, so ­H.-J. Hilscher. Das High-End-Chipmodul „netX 4000“ befindet sich derzeit in der Entwicklung in Kooperation mit dem Halbleiterhersteller Renesas basierend auf 40-nm-Technologie. Der Halbleiterhersteller wird den Baustein als Renesas Automation Platform ohne „netX“-Funk­tionalität anbieten. „Wir bringen den Baustein für den Master- und Controller-­Bereich auf den Markt“, erläutert ­H.-J. Hilscher. Der Controller, der für 2014 angekündigt wird, wird seine Einsatzgebiete zum Beispiel in Steuerungen und HMI finden. Der Kommunikations­bereich hat den doppelten Funktionsumfangs des „netX 51“, ein Mehrfaches an Rechenleistung als der „netX 100“ und verfügt darüber hinaus mit dem Dual A9 Core über eine zusätzliche CPU, die zum Beispiel auch in Smartphones für alle Betriebssysteme eingesetzt wird. „So lässt sich die harte Echtzeitwelt von Appli­kationen trennen, die immer mehr auf Linux-Basis implementiert werden“, schließt der Kommunikationsexperte an. „Auch das Security-Thema wird im ‚netX 4000‘ mitberücksichtigt werden.“

 

Einer für alle - gilt auch für den Integrationsgrad

Der Slogan „Einer für alle“ gilt ebenso für die unterschiedlichen Anforderungsprofile der Anwender hinsichtlich des Integrationsgrads: Die Integration eines Netzwerk-Controllers wie den „netX“ stellt für die meisten Anwender gewöhnlich nicht den Einstieg in die Welt der industriellen Kommunikation dar. Den Anfang machen vielmehr Gateways oder PC-Karten, die bei geringeren Stückzahlen zum Einsatz kommen. „Es ist schon einzigartig, dass ein Anbieter PC-Karten für alle Bussysteme als Master oder Slave zur Verfügung stellt“, freut sich S. Körte. „Wir bieten zusätzlich noch alle Formfaktoren, angefangen von Mini-PCI bis PC/104 basierend auf der gleichen Tool Chain und Konfigurationssoftware an. Unsere Kunden können problemlos den Formfaktor umstellen: Ändern tut sich nur die Bestellnummer.“

 

Wenn bereits eine Integration in die Geräte gewünscht wird, ohne dass Entwicklungsaufwand erforderlich wird, stehen Platinenmodule wie „comX“ oder „netIC“ mit definierter Standardschnittstelle zur Verfügung. „So gibt es mit ­einem Steckplatz alle Systeme von der Stange“, betont der Busspezialist. Ein weiterer Schritt in die noch tiefere Integration ermöglicht das Modul „netRAPID“, welches auf die Kundenplatine gelötet wird. Von hier aus ist es nur noch ein kleiner Schritt zur Chip-Implementierung mit dem „netX“, der dritten Integrationsstufe. Darüber hinaus kann das Unternehmen auch beauftragt werden, kundenspezifische Platinen zu fertigen. „Auch in Bezug auf den Integrationsgrad bieten wir für alle Varianten eine Lösung“, betont der Bereichsleiter. „Kunden haben somit einen Ansprechpartner für alle Systeme.“

 

Unter Experten gilt Hilscher schon ­lange als Weltmarktführer für die indus­trielle Kommunikation, denn keine andere Firma bietet diese Durchgängigkeit. Beispiel PC-Karten: „Mehr als zehn verschiedene Bauformen für zehn Bussys­teme in der Master- und in der Slave-Ausstattung führen zu weit über 500 verschiedenen PC-Kartenkombinationen“, berichtet S. ­Körte. „Das Gleiche gilt für unsere Gateways.“ Auch die schiere Anzahl spricht dafür: Allein über 10 000 PC-Karten kommen jedes Jahr zum Einsatz.

 

Eine neue Entwicklung ist die Produktreihe „netHOST“, die als abgesetzte und für die Hutschienenmontage konzipierte Feldbus-Masteranschaltung arbeitet. Mit den Geräten können auch IPC, die über keine PC-Kartensteckplätze mehr verfügen, einen Feldbus als Master steuern. Aus der Sicht der Steuerung verhalten sie sich wie eine klassische PC-Karte. Allerdings werden die Dienste nicht über ein Dual-Port Memory, sondern über Ethernet mittels herkömmlichen TCP/IP-Telegrammen übertragen. Die Feldbus-Master gibt es derzeit für Profibus DP, Canopen und Devicenet.

 

„Ein Vorteil dieser Durchgängigkeit zeigt sich bei unserem Kunden B&R, der sowohl PC-Karten als auch ‚netX‘-Con­troller von uns einsetzt“, ergänzt H.-J. Hilscher. „Alles basiert auf der gleichen Softwarestruktur; damit entsteht weniger Aufwand.“ Je mehr ein Hersteller auf Kommunikationsvielfalt setzt, desto mehr kann er mit den Hilscher-Lösungen Geld sparen.

Um zu zeigen, was alles mit Hilscher-Technologie möglich ist, entwickelt das Unternehmen auch schon mal fertige Produkte. Als Beispiel dient das HMI-Gerät „netHMI“, welches auf „netX“-Controller basiert. Solche Entwicklungen werden aber nie ein Schlüsselprodukt, denn das Unternehmen bleibt in erster Linie ein neutraler Technologielieferant für industrielle Kommunikationstechnik. Darüber hinaus stellt das Unternehmen Problemlösungen für Lücken und Nischen im Kommunikationsbereich zur Verfügung, wie das Gateway „netLINK Proxy“, welches Profibus-Signale auf Profinet umsetzt. „Wir sind Ansprechpartner für alle Probleme der Kommunikationstechnik im Markt“, schließt der Bereichsleiter ab. „Diese Strategie leben wir konsequent.“

 

Ronald Heinze

 

Weitere Informationen unter www.hilscher.com. Beitrag als PDF downloaden

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