Feldbusse, Industrial Ethernet & IO Module
12.11.2013

Funktions-Update für den TPS-1

Beitrag aus openautomation 6/2013 Seit April 2012 ist das Profinet-Single-Chip-Device-Interface TPS-1 als Serienprodukt verfügbar...

Beitrag aus openautomation 6/2013

 

Seit April 2012 ist das Profinet-Single-Chip-Device-Interface TPS-1 als Serienprodukt verfügbar. Nun hat KW-Software den bestehenden Funktionsumfang erweitert und stellt diesen in Form des Developer Toolkits 1.2 allen TPS-1-Anwendern zur Verfügung.

Geringer Platzbedarf: Nur wenige zusätzliche Komponenten rund um den Profinet-Device-Chip TPS-1 sind erforderlich

Geringer Platzbedarf: Nur wenige zusätzliche Komponenten rund um den Profinet-Device-Chip TPS-1 sind erforderlich

Beim Profinet-Device-Chip TPS-1 handelt es sich um eine flexible und hochintegrierte Profinet-Schnittstelle. Er ist als Single-Chip-Lösung zum Preis einer Feldbus-Schnittstelle erhältlich. So reduziert er den Implementierungsaufwand sowohl zeitlich als auch finanziell. Entwickelt wurde er für den Einsatz in kompakten E/A-Geräten und Antrieben. In diesen findet er mittlerweile vielfach Anwendung, was nicht zuletzt auch auf die konsequente und vollständige Umsetzung der Profinet-Spezifikation zurückzuführen ist.

 

Die integrierten Komponenten des TPS-1 übernehmen die komplette Schnittstellenfunktionalität. Dadurch können bestehende Geräteapplikationen einfach an Profinet angebunden werden. Die interne Struktur ist an die Anforderungen von Profinet IRT (Isochronous Real-Time) angepasst. Mithilfe spezieller taktsynchroner Ein-/Ausgabesignale sind auch anspruchsvolle Synchronisationsanforderungen realisierbar.

 

Zur Unterstützung von Linienstrukturen im Profinet-Netzwerk verfügt der ­TPS-1 sowohl über zwei integrierte Ethernet-PHY als auch einen integrierten IRT-fähigen Switch. Sämtliche echtzeitkri­ti­schen Profinet-Protokolle werden durch Hardware unterstützt und nutzen keinerlei Rechenleistung einer externen Geräte-­CPU.

 

Außerdem verfügt der Single Chip über eine konfigurierbare Applikationsschnittstelle, die eine Vielzahl von Nutzungsvarianten ermöglicht, zum Beispiel die Kopplung an externe Applikations-CPU oder den direkten Anschluss von Ein-/Ausgabesignalen. Geht es um qualitative Aussagen zum Netzlastverhalten eines TPS-1-basierenden Profinet-Geräts, kann die höchste Klasse der Netzlast-Robustheit erreicht werden. So sorgt eine klare Trennung der Profinet-Kommunika­tion im TPS-1 von der Geräteanwendung auf dem Applika­tionsprozessor dafür, dass diese auch bei extrem hoher Netzlast auf dem Profinet störungsfrei weiterarbeitet. Zusätzlich hat die Trennung zwischen Kommunikation und Applikation den Vorteil, dass bei Änderungen und Anpassungen der Geräteanwendung nicht in jedem Einzelfall eine Erneuerung des Profinet-Zertifikats erforderlich wird.

 

Das vielseitige Sparpaket für Profinet-Schnittstellen

Inbetriebnahme mit Profinet Smart Control. Beispiel: Darstellung und Austausch von Prozessdaten

Inbetriebnahme mit Profinet Smart Control. Beispiel: Darstellung und Austausch von Prozessdaten

Für eine komplette Profinet-Device-Schnittstelle wird neben dem TPS-1 selbst ein serieller Flash-Baustein, ein Oszillator und die physikalische Anpassung an das jeweilige Übertragungsmedium benötigt. Der geringe Platzbedarf und die niedrige Verlustleistung erlauben den Einsatz auch in Automatisierungsgeräten mit speziellen Anforderungen hinsichtlich Größe und Schutzklasse. Der Ball Pitch des TPS-1 von 1 mm ermöglicht das Routen von Leiterbahnen zwischen den Balls und hilft so, Leiterplattenkosten zu sparen.

Das kostenlose Developer Toolkit zum TPS-1 enthält unter anderem die Firm­ware des Chips und alle benötigten Werkzeuge für die Konfiguration und Parametrierung sowie das Update und den Test der entwickelten Profinet-Devices. Der Profinet-Stack läuft auf dem TPS-1. Für die Ankopplung von Geräteanwendungen stellt KW-Software einen Treiber bereit, der die Profinet-Zugriffe kapselt und prozessorunabhängig zu einer Applikation hinzu gelinkt wird. Mit Profinet Smart Control steht ein intuitives und ausbaufähiges Software-Tool für den PC zur Verfügung. Damit kann eine neu entwickelte Baugruppe mit Profinet-Schnittstelle ohne zusätzliche SPS oder andere Hardware in Betrieb genommen und umfassend getestet werden.

 

Neue Funktionen im TPS Developer Toolkit 1.2

KW-Software arbeitet ständig an der Weiterentwicklung des TPS Developer Toolkits. Dabei liegen die Prioritäten auf der Unterstützung aktueller Marktanforderungen und der Realisierung spezieller kundenspezifischer Anwendungen. Die daraus hervorgehenden Erfahrungen und Features werden nach Funktions- und Interoperabilitätstests allen TPS-1-Anwendern zur Verfügung gestellt. Dies gilt auch für das neue TPS Developer Toolkit 1.2. Mit ihm können auch bereits realisierte TPS-1-Schnittstellenlösungen um neue Funktionen ergänzt werden.

 

Shared Devices

Ab dem neuen Release des TPS Developer Toolkits wird die Implementierung sogenannter Shared Devices unterstützt. Mit Shared Device können zwei Profinet-Controller über eine Schnittstelle auf ein Profinet-Device zugreifen. Damit lässt sich die Anzahl der benötigten Profinet-Schnittstellen bei einer Anwendung verringern. Interessant ist diese Funktion zum Beispiel für Anlagen und Maschinen, in denen Standard- und Sicherheitsteuerungen getrennt eingesetzt werden. Dazu gehören Anwendungen in der Prozessindustrie oder im Maschinenbau.

 

Gerätekonfiguration

Der TPS-1 – eine komplette Profinet-Schnittstelle auf kleinem Raum

Der TPS-1 – eine komplette Profinet-Schnittstelle auf kleinem Raum

Die Hardwarekonfiguration des TPS-1, wie MAC-Adressen, Stationsname und IP-Adressen, konnte bisher schon über eine der beiden Ethernet-Schnittstellen übertragen und gespeichert werden. Teilweise ist aber auch eine Konfiguration über den angeschlossenen Applikationsprozessor gefordert. Ab der Version 1.2 ist es nun möglich, die Konfigurationsdaten über ein internes Interface (DPRAM) zu übertragen. Somit ist jetzt ein allgemeines Update- und Konfigurationskonzept für das Gerät des Kunden mit seinem Applikationsprozessor einfach um die Daten für den TPS-1 erweiterbar. Zur Steuerung der Übertragung können die Gerätekonfiguration und der TPS-1 getrennt zurückgesetzt werden. Damit hat der Applikationsprozessor die vollständige Kontrolle während der Update-Phase.

 

Synchrone Betriebsarten und Antriebstechnik

Aktuelle Geräteentwicklungen fordern und nutzen immer stärker die Möglichkeiten der isochronen Kommunikation mit Profinet (IRT). Mit dem TPS-1 ist die Implementierung der entsprechenden Schnittstellenfunktionen einfach möglich. Der Chip stellt spezielle Ti-(T1) und To-(T2)Signale zur Verfügung. Diese Signale sind mit dem Profinet-Netzwerk synchronisiert und bestimmen die exakten Zeitpunkte, zu denen Eingangs- und Ausgangsdaten für das isochrone Profinet-Netzwerk bereitzustellen bzw. abzurufen sind. Zusätzliche Hardware auf der Applika­tionsseite ist dabei nicht erforderlich.

 

Zur Integration von Applikationsprofilen, wie Profidrive, ist im TPS Developer Toolkit 1.2 jetzt ein zweiter API (Application Process Identifier) möglich. Dies erlaubt es beispielsweise, mit dem TPS-1 einen Antrieb der Applikationsklasse 4 ohne zusätzlichen Hardwareaufwand zu realisieren. Dazu dienen die Signale T3 und T4, die die Gültigkeit der übertragenen Werte synchron mit den anderen Antrieben anzeigen.

 

Erweiterte Funktionen für modulare Devices

Der TPS-1 ist eine hochintegrierte spezielle Schnittstellenlösung für Profinet, die in erster Linie für die Verwendung in kompakten Ein-/Ausgabegeräten und Antrieben mit niedriger Modularität konzipiert wurde. Mit dem neuen TPS Developer Toolkit sind jetzt auch Geräte und Anwendungen mit bis zu 63 Slots/Sub­slots im Profinet-Gerätemodell realisierbar. Diese neuen Möglichkeiten werden durch spezielle Funktionen für das Handling und Management unterschiedlicher Gerätekonfigurationen unterstützt. Dazu gehört unter anderem das Ziehen und Stecken (Pull/Plug) von Modulen und Submodulen. Die entsprechende Diagnosebehandlung (Verarbeitung von Alarmen und Records) wird dabei durch den TPS-1 gesteuert.

 

Konfigurierbares Ersatz­wertverhalten in der Local-IO-Betriebsart

Neben der Host-Betriebsart mit angeschlossenem Applikationsprozessor verfügt der TPS-1 nach wie vor über eine spezielle Local-IO-Betriebsart. In diesem Fall kann durch einfache serielle oder parallele IO-Signale eine Kommunikation mit der Applikation erfolgen. Dies ermöglicht beispielsweise die Realisierung einfacher Ein-/Ausgabegeräte ohne zusätzliche Hardware oder den Anschluss einfacher Mikrocontroller. Das TPS Developer Toolkit 1.2 bietet jetzt auch ein konfigurierbares Ersatzwertverhalten. Mithilfe der GSD-Datei kann ein Bit-Feld erstellt werden, das die Ausgabewerte der lokalen Ausgänge bei einem Ausfall der Kommunikation mit dem Profinet-Con­troller festlegt.

 

Geringerer Preis, positive Bilanz

Aufgrund des großen Erfolgs des TPS-1 in den letzten 18 Monaten und der dadurch gestiegenen Stückzahlen wird nun auch eine Preissenkung für den Chip möglich: Der Referenzpreis für Endkunden wird noch in 2013 auf 10 € pro Stück reduziert werden.

Aufgrund dieser Tatsache und der besonderen Features ist KW-Software überzeugt, dass sich der TPS-1 als Plattform für kostengünstige und platzsparende Profinet-Schnittstellen in Zukunft noch weiter am Markt durchsetzen wird. Anwender sollen dabei auch in Zukunft von den Weiterentwicklungen des kostenlosen TPS Developer Toolkits durch KW-Software profitieren. So sorgt sie für eine kontinuierliche und interoperable Erweiterung des Funktionsumfangs von Profinet-Implementierungen auf Basis des TPS-1.

Das komplette TPS Developer Toolkit steht auf der Website von KW-Software kostenlos zum Download bereit.

 

Autor: Andreas Grüne ist im ­Application Support Profinet bei der KW-Software GmbH in Lemgo tätig.

 

Weitere Informationen unter www.kw-software.com als PDF downloaden

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