Gateway zur schnellen PROFINET-Ankopplung drahtloser Sensoren und Aktoren

Abstract:
Leistungsfähige drahtlose Lösungen für Anwendungen in der Automatisierungstechnik erfordern zunehmend leistungs-fähigere Gateways als Bindeglied zwischen der klassischen drahtgebundenen Feldbusebene und der drahtlosen Sensor/Aktorebene. Die hohen Anforderungen an das Gateway werden hierbei sowohl für die Datenkommunikation im Normalbetrieb als auch für den Austausch von Daten bei der Konfiguration, Parametrierung und Diagnose des Gesamtsystems gestellt. Aufgrund der zu realisierenden kurzen Latenzzeiten im Bereich weniger ms bei gleichzeitigen Paket-fehlerraten im Bereich von FER=10^-9 sind einerseits effiziente parallele Datenverarbeitungsstrukturen und anderseits ein intelligenter adaptivere Medienzugriff unabdingbar. Beides wurden mit Hilfe eines Feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) in Kombination mit einem leistungsstarken ARM9-Mikrocontroller realisiert, was einen kostengünstigen und modularen Aufbau des Gateways unter Verwendung von Standard-Komponenten mit hoher Herstellerverfügbarkeit erlaubt. Der Datenaustausch zwischen den Modulen des Gateways wird vom ARM9-Mikrocontroller über parallele Datenbusse gesteuert. Hierbei können innerhalb eines Kommunikationszyklus zwischen Mikrocontroller und FPGA bzw. Feldbusmodul im Gateway Zugriffszeiten zwischen 90 ns und 160 ns erzielt werden. Ein adaptierbares Feldbusmodul ermöglicht die Integration verschiedener Busprotokolle durch Implementierung der spezifischen Firmware. Aktuell wurde der weit verbreitete Kommunikationsstandard PROFINET (RT) realisiert.