Üblicherweise wird eine Maschine oder Anlage von einem Steuerungssystem verwaltet. Das System bedient die I/O-Stationen der unterlagerten Feldebene, indem es Sensordaten einliest, Ausgabemodule anspricht und somit Relais, Achsen und Motoren ansteuert. Nach ihrer Bearbeitung werden die Prozessdaten von der Steuerung an übergeordnete Leitsysteme oder Datenbanken weitergeleitet. Dies ist die Grundlage dafür, dass der Betreiber den Prozess über eine Visualisierung beobachten und kontrollieren kann. Fällt mit der Leitebene, der Steuerung oder dem Kommunikationsnetzwerk eine Komponente des Automatisierungssystems aus, steht die Maschine oder Anlage still.

Prozessführung durch Backup-Lösung

Die Hochleistungs-Steuerung RFC 460R PN 3TX von Phoenix Contact bietet nun die Möglichkeit, Anwendungen von der Leitebene bis zu den I/O-Baugruppen durchgängig hochverfügbar auszulegen. Dazu werden zwei Remote Field Controller über ein Lichtwellenleiter-Kabel (LWL) miteinander verbunden. Zur Ankopplung der optischen Verbindung an die Steuerungen stehen drei verschiedene SFP-Module (Small Form-Factor Pluggable) zur Verfügung, die eine Übertragungsreichweite bis 80 km sicherstellen. Daher kann selbst bei sehr langen Tunneln eine Steuerung am Eingang des Bauwerks und die zweite SPS an seinem Ausgang installiert werden. Die in die Geräte integrierte Auto-Sync-Technology baut automatisch eine hoch performante Verbindung zwischen den RFC 460R PN 3TX auf, über die alle Konfigurationsdaten sowie die Projektinformationen ausgetauscht werden. Darüber hinaus werden vor jedem SPS-Zyklus sämtliche zu synchronisierenden Variablen von der prozessführenden Steuerung auf den im Hot-Standby befindlichen Controller übertragen.

Sollte durch den Ausfall einer SPS ein Umschalten auf das zweite Gerät erforderlich sein, übernimmt die Backup-Steuerung sofort die Prozessführung. Sofern der defekte Remote Field Controller ausgewechselt wird, sorgt die Auto-Sync-Technology dafür, dass die neue SPS die notwendigen Konfigurationsdaten und das Applikationsprogramm erhält, ohne dass der Installateur dies am Gerät einstellen muss. So wird der Hot-Standby-Zustand schnell erreicht und die Verfügbarkeit der Anwendung ist wieder gegeben. Der RFC 460R PN 3TX verfügt über zwei voneinander getrennte Netzwerk-Interfaces mit insgesamt drei RJ45-Ports. Auf diese Weise lassen sich Leit- und Feldebene voneinander trennen, da sie in unterschied-lichen Subnetzen liegen können.

Ringstruktur als Redundanz-Lösung

Die I/O-Ebene wird über das Profinet-Protokoll angebunden, das sich seit einigen Jahren in der Automation bewährt hat. Der Kommunikationsstandard zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass er auf der Ethernet-Topologie aufsetzt. In vielen Applikationen werden verschiedene Komponenten, die nicht zum Steuerungssystem gehören – zum Beispiel Kameras oder Industrie-PCs – per Ethernet verkabelt. Weil Profinet hier die bestehende Infrastruktur nutzt, lassen sich erhebliche Kosten einsparen, die durch die Installation spezieller Feldbussysteme entstehen würden. Außerdem kann der Anwender auf unterschiedliche Netzwerkredundanz-Mechanismen zurückgreifen. Die meisten Lösungen setzen eine Ringstruktur voraus, damit die restlichen Geräte bei Ausfall einer Komponente weiterhin miteinander kommunizieren können.

In den Profinet-Stack der Feldgeräte muss eine besondere Funktion eingebaut sein, sodass sie in der Lage sind, zwei AR (Application Relation) zum redundanten Steuerungspaar zu etablieren. Die primäre AR wird zur prozessführenden SPS gehalten und die Backup-AR zum Controller, der sich im Hot-Standby-Modus befindet. Die im letzten Jahr eingeführte Profinet-Spezifikation V2.3 beschreibt genau diese Funktionalität und sorgt somit dafür, dass I/O-Stationen verschiedener Hersteller unterhalb eines Steuerungssystems verwendet werden können, das sich aus zwei RFC 460R PN 3TX zusammensetzt.

Komfortable Diagnose im Fehlerfall

Wie alle Steuerungen von Phoenix Contact wird der RFC 460R PN 3TX mit dem Engineering-Tool PC Worx parametriert und programmiert. Der Anwender sieht jedoch nur eine Steuerung in seiner Busstruktur. Soll ein Projekt auf die SPSen herunter geladen werden, überprüft PC Worx zuvor, welcher der beiden Remote Field Controller prozessführend ist und speichert das Projekt auf diesem Gerät. Der Backup-Steuerung werden die Daten sofort von der prozessführenden SPS über die Synchronisa- tions-Schnittstelle weitergeleitet, ohne dass der Projekteur dies aktivieren muss. So ist sichergestellt, dass auf beiden RFC 460R PN 3TX stets das selbe Projekt läuft.

Mit dem in PC Worx integrierten Diagnoseprogramm Diag+ lässt sich das redundante System nach einem Fehler komfortabel diagnostizieren. Dazu wird die Seite „Redundanz-Information" geöffnet und automatisch eine Verbindung sowohl zur prozessführenden als auch zur Backup-Steuerung aufgebaut, deren Zustände ausgelesen werden. Darüber hinaus kann der Anwender über Schaltflächen Einfluss auf das System nehmen und Fehler quittieren. Die Diagnose-Sofware lässt sich ferner als ActiveX-Komponente in andere Programme wie ein überlagertes Scada-System einfügen. Dies hat den Vorteil, dass das redundante Steuerungssystem ohne Einsatz eines zusätzlichen Programms auch aus der Leitwarte diagnostiziert werden kann. Die gleichen Diagnose-Funktionen sind auf dem hoch auflösenden Diagnose-Display der Steuerungen verfügbar. Das ermöglicht eine komfortable Vor-Ort-Diagnose, denn sämtliche Meldungen werden im Klartext angezeigt und lassen sich hier bei Bedarf auch quittieren.

OPC-Server erkennt Umschaltung

Nach dem Ausfall einer Steuerung muss die Maschine oder Anlage jederzeit manuell via Leitsystem beeinflussbar sein, um in kritischen Situationen eingreifen zu können. Leitsysteme können über herstellerspezifische OPC-Server, die eine standardisierte Schnittstelle bieten, an die Steuerungen angekoppelt werden. In einem redundanten System verwendet der Anwender zwei Steuerungen. Daher muss eine Instanz entscheiden, welche SPS prozessführend ist und die Visualisierungsdaten transparent zum Scada-System durchreichen. Zu diesem Zweck ist der OPC-Server von Phoenix Contact um die entsprechende Funktion erweitert worden. Sollte es zu einer Umschaltung zwischen den RFC 460R PN 3TX kommen, erkennt er dies innerhalb weniger Millisekunden und nutzt nur noch die Daten der neuen prozessführenden SPS.

DER AUTOR Dipl.-Ing.(FH) André Brand ist Mitarbeiter im Marketing der Business Unit Control Systems bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont ( www.phoenixcontact.de )