Übersichtliches Prinzip

Fertigungsautomation

Sicherheitssteuerungen - Durch die Markteinführung des Remote Field Controllers RFC 4072S Ende 2018 erweitert Phoenix Contact sein Portfolio um eine hoch performante Steuerung.

18. September 2018
Bild: Phoenix Contact GmbH & Co. KG
Bild 1: Übersichtliches Prinzip (Bild: Phoenix Contact GmbH & Co. KG)

Als erste SPS des Unternehmens kombiniert der RFC 4072S die PLCnext Technology mit der Sicherheitstechnik für höchste Appli-kationsanforderungen gemäß SIL 3 respektive PL e. Zur Inbetriebnahme ist die modulare Engineering-Plattform PLCnext Engineer um die sicherheitsgerichtete Programmierung erweitert worden. 

Die PLCnext Technology eröffnet dem Anwender ein hohes Maß an Flexibilität, da auf den PLCnext-Steuerungen Hochsprachen- ebenso wie IEC-61131-Programme ablaufen können. Die Herausforderung bei der Ausführung von Hochsprachenprogrammen besteht jedoch darin, dass diese keinen zwangsgeführten Zyklus haben.

Als Lösung stellt die PLCnext Technology eine Middleware zwischen der Betriebssystem- und Anwenderebene zur Verfügung. Der Ansatz setzt sich zum einen aus dem Scheduler – »Execution and Synchronisation Manager« (ESM) genannt – zusammen. 

Reihenfolge einhalten

Der ESM ermöglicht, dass beispielsweise in C++ oder C# geschriebene Programme per Matlab Simulink erzeugte Modelle sowie Applikationen gemäß IEC 61131-3 in einer definierten und zeitlich deterministischen Reihenfolge abgearbeitet werden. 

Zum anderen sorgt ein smarter »Shared Memory« – als »Global Data Space« (GDS) bezeichnet – für einen zykluskonsistenten Datentransfer zwischen den verschiedenen Programmen sowie den I/O-Ebenen. 

Gelungene Kombination

Der RFC 4072S umfasst sowohl eine Betriebsführungs- als auch eine sicherheitsgerichtete Steuerung. Auf der Betriebsführungs-SPS läuft die PLCnext Technology ab, während die sicherheitsgerichtete Steuerung über das Profisafe-Protokoll sichere Daten von unterlagerten F-Devices empfängt, sicherheitsgerichtet verarbeitet und via Profisafe Daten zurücksendet. 

Profisafe-Telegramm wird innerhalb der PLCnext Technology nach dem Black-Channel-Prinzip über das Profinet-Protokoll übertragen. Die PLCnext Technology erlaubt es dem Anwender, dass er ein in IEC 61131, C++ oder aus beiden Sprachen gemischt erstelltes Programm auf der Betriebsführungs-SPS nach Belieben Core 1 oder Core2 zuordnet.

Im Vergleich zu einem Single-Core-System resultieren aus dieser Entflechtung für die in IEC 61131-3, C++ oder Matlab Simulink erzeugte Anwenderapplikation relevante Vorteile, nämlich kürzere Programmlaufzeiten und eine geringere Schwankung der Programmlaufzeit um ihren Mittelwert (kleinere Varianz). Dies ist darauf zurückzuführen, dass beispielsweise Programme mit unterschiedlicher Priorität und längerer Abarbeitungszeit nicht unterbrochen werden, wenn ihre Ausführung auf verschiedenen Cores erfolgt. 

Basis für alle Aufgaben

Als Softwarelösung von Phoenix Contact bildet PLCnext Engineer die Basis für alle Aufgaben rund um die Konfiguration, Programmierung, Diagnose und Visualisierung von Anwendungen. Aufgrund der tiefen Integration der einzelnen Gewerke ergeben sich für den Nutzer entscheidende Vorteile. Dazu zählen die Vermeidung von Fehlern, eine Reduzierung der Kosten sowie ein deutlich geringerer Zeitaufwand bei der Erzeugung der Programme.

Der Anwender kann sich die Basisversion der Engineering-Software kostenfrei herunterladen und nutzen. Zur Umsetzung von darüber hinausgehenden Anforderungen werden kostenpflichtige Module angeboten. Hierzu gehören unter anderem ein um weitreichende Funktionen ergänzter SFC-Editor (Sequencial Function Chart), ein Model Viewer für Matlab Simulink sowie die Editoren zur Applikationserstellung mit Sicherheitsbezug. Im Rahmen der Weiterentwicklung der Software werden in Zukunft viele weitere Add-in-Module erhältlich sein. 

Übersichtliches Prinzip

Die Engineering-Oberfläche gliedert sich in sämtlichen Funktionsbereichen nach dem gleichen übersichtlichen Prinzip. Das spiegelt sich ebenfalls in den unterschiedlichen Gewerken, wie etwa der Programmierung der funktionalen Sicherheit, wider. Die sichere Pro-grammerstellung in der Enginee-ring-Umgebung PLCnext Engineer wurde gemäß IEC 61508 entwickelt und vom TÜV Rheinland zertifiziert. Der Anwender nutzt hier die netzwerkorientierten Editoren, in denen er die Funktionsbausteinsprache (FBS) oder Kontaktplan (KOP) als Limited Variability Language (LVL) einsetzen und mixen kann. 

Einzelne Sicherheitsfunktionen lassen sich durch eine Verifikationsfunktion absichern, während netzwerkgranulare CRC-Summen (Cyclic Redundancy Check) jederzeit Auskunft über geänderte Code-Fragmente geben. 

Die Safe-semantische Code-Analyse, die während der Eingabe des Codes im Hintergrund aktiv ist, unterstützt den Anwender bei der Platzierung von sicherheitsbezogenen oder nichtsicheren Signalen und Bausteinen. Der Unterschied zur Standard-Programmierung liegt im Wesentlichen in der notwendigen Nutzer-Authentisierung. So wird sichergestellt, dass nur berechtigte Personen die sichere Programmierung verändern können.

Die Code-Erzeugung der sicheren Programmierung basiert auf einem diversitär-redundanten System. Der entstandene Maschinencode wird von der Steuerung RFC 4072S hoch performant abgearbeitet. Auch sie ist zweikanalig aufgebaut und vom TÜV Rheinland zertifiziert. 

Performante CPUs

In der Betriebsführungssteuerung kommt ein performanter Intel-i5-Dual-Core-Prozessor mit 2,4 GHz Taktfrequenz zum Einsatz. 

Die sicherheitsgerichtete Steuerung fungiert im Profisafe-Netzwerk als F-Host und kann bis zu 300 unterlagerte F-Devices in Betrieb nehmen. Der RFC 4072S unterstützt das Profisafe-Profil V2.6.1, sodass die neusten F-Devices gesteuert werden können.

Die sicherheitsgerichtete Recheneinheit des Remote Field Controllers ist mit zwei CPUs mit jeweils unterschiedlicher Architektur ausgeführt, um eine Diversität zu erreichen. Alle sicherheitsgerichteten Programmteile werden dabei von beiden CPUs parallel abgearbeitet. Danach erfolgt ein Kreuzvergleich, der die Steuerung bei einem divergierenden Ergebnis in den sicheren Zustand versetzt. Die CPU-Kerne sind mit 600 MHz respektive 800MHz getaktet, weshalb die sicherheitsgerichtete Rechen-Performance zu einer der leistungsfähigsten am Markt zählt. 

Das sicherheitsgerichtete Anwenderprojekt umfasst neben weiterführenden Operationen, wie der Multiplikation und Division, zusätzliche Datentypen wie SINT oder SWORD. 

Motek: Halle 7, Stand 7525

Erschienen in Ausgabe: 05/2018

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