SafetyNET p - Sichere Automation im Fokus

SafetyNET p ist ein Standard für die ethernetbasierte Feldbus-Kommunikation in der Automatisierungstechnik. SafetyNET p wurde von der Firma Pilz GmbH & Co. KG entwickelt und im Jahre 2006 zum ersten Mal öffentlich vorgestellt.

Ziel war es die Feldbus-Kommunikation auf Ethernet in Echtzeit zu ermöglichen und gleichzeitig für die Kommunikation von Daten im Sinne der Maschinensicherheit zu ertüchtigen. Aufgrund des Echtzeitverhaltens mit möglichen Zykluszeiten bis 62,5 µs ist SafetyNET p als Antriebsbus geeignet. Er kann entsprechend der Safety Network International LogoNormforderungen aus EN 61508 und EN 61511 in Sicherheitskreisen bis einschließlich der Kategorie SIL 3 eingesetzt werden. Neben dem Einsatz als ethernetbasierter Feldbus ist ein Schwerpunkt der Einsatz von SafetyNET p in der Kommunikation von Daten mit sicherheitsgerichtetem Inhalt. SafetyNET p kommt dabei überall dort zum Einsatz, wo die zeitliche und inhaltliche Konsistenz von kommunizierten Daten zur Absicherung von Gefahren erforderlich ist. Es kann sich bei den Gefahren um die Gefährdung von Leib und Leben handeln, aber auch um die Absicherung von Wirtschaftsgütern.

Ein zweites Einsatzgebiet ist die Kommunikation von Daten in Echtzeit. Mit Bus-Zykluszeiten bis zu 62,5 µs kann SafetyNET p selbst in extrem zeitkritischen Bereichen zum Einsatz kommen.

Typische Einsatzgebiete sind die Fabrikautomation (z. B. Automobilfertigung, Pressen), Transporttechnik (z. B. Seilbahnen, Fahrgeschäfte), Antriebstechnik (z. B. Sensor-Aktor-Regelschleife in Antrieben oder Industrie-Roboter). Generell sind alle Anwendungen der Automatisierungs- und Prozesstechnik möglich.

Für SafetyNET p wurden zwei spezielle Übertragunsgverfahren entwickelt, die einerseits in Realtime ablaufen und andererseits den Sicherheitsaspekten Rechnung tragen.

RTFN (Real time frame network) nutzt zur Kommunikation herkömmliche Ethernet-IP-Frames. Die Mechanismen für Sicherheit und Echtzeit sind auf den OSI-Ebenen 3 und höher angesiedelt. Als Kommunikationsprinzip wird ein Producer-Consumer Modell benutzt. Eine zentrale Prozess-Steuerung (SPS) ist dabei nicht erforderlich. Diese ermöglicht unter anderem Konzepte wie modularer Maschinenbau.SafetyNET p RTFN ist voll kompatibel zu allen IP-basierten Ethernetprotokollen und kann mit diesen auf demselben Medium gemischt eingesetzt werden. Auch können herkömmliche Switches und Router verwendet werden.Bedingt durch mögliche konkurrierende Dienste ist eine System-Zykluszeit von etwa 1 ms erreichbar. Ist eine höhere Performanz erforderlich so kann SafetyNET p RTFL zum Einsatz kommen.

RTFL (Real time frame line) nutzt zur Kommunikation Ethernet-MAC-Frames. Auch bei RTFL wird auf logischer Ebene ein Producer-Consumer Modell verwendet. Um die erforderliche Performanz zu erreichen, findet die komplette Kommunikation in einem Frame statt. Hierzu wird von einem beliebigen, als RD (Root device) definierten, Teilnehmer ein Ethernet-Frame an seinen logischen Nachbarn verschickt. Dieser befüllt seinen Teil des Frames und reicht den Frame entlang der logischen Linie jeweils an seinen nächsten Nachbarn weiter. So befüllen alle Teilnehmer nacheinander den Frame. Der letzte Teilnehmer der Linie sendet den befüllten Frame auf demselben Weg zurück zum RD. Dabei können die einzelnen Teilnehmer die benötigten Daten im Durchgang des Frames entnehmen.

Die erreichbaren System-Zykluszeiten liegen im Bereich von 62,5 µs. Sonstiger, IP-basierter Verkehr, kann von den SafetyNET p Teilnehmern entweder in den Kommunikationslücken eingeschoben werden, oder als Teil der Echtzeitkommunikation innerhalb eines RTFL-Frames verpackt werden.

Die durch die Technologie bestimmten Rahmendaten des SafetyNET p sind wie folgt:

  • Kompatibel zu Ethernet-IP-Protokollen, IEEE 802.3
  • Einbindung von Drucker, PC, ERP möglich
  • Netze können in Linien-, Stern- oder Baumtopologie aufgebaut werden
  • Netze mit wechselnden Teilnehmern sind durch kontinuierlichen Topologiescan möglich
  • Zuschalten und Tausch von Teilnehmern im Betrieb möglich
  • Jitter von 100 Nanosekunden
  • PTP und PCS Gerätesynchronisation
  • CANopen Anwendungsschicht für Profile
  • Die maximale Distanz zwischen zwei Teilnehmern entspricht der von herkömmlichem Ethernet (bei Verwendung von Kupferleitungen sind dies 100 m)
  • Bei RTFN ist die Anzahl der Busteilnehmer nur durch den IP-Adressraum beschränkt
  • Bei RTFL sind 512 Busteilnehmer pro Segment möglich
  • Garantierte Systemzykluszeiten bis zu 62,5 µs sind realisierbar
  • Geeignet für Anwendungen nach SIL 3 der IEC 61508
  • Geeignet für Performance Level E und KAT4 Sicherheit
  • Black Channel Prinzip für sicherheitsrelevante Teilnehmer
  • Leitungsredundanz
  • In der "Liste zugewiesener Portnummern" der IANA ist für SafetyNET p die Portnummer 40000 eingetragen.
  • Anbindung über Kupfer, WLAN und LWL möglich

Seit 1999 existiert die Nutzerorganisation SafetyBUS p Club International e. V. in der Hersteller und Anwender von SafetyBUS p sich zusammengeschlossen haben. Eine regionale Organisation für Japan wurde 2000 gegründet. Im Jahre 2001 folgt die Gründung der regionalen Organisation für USA. Im Jahre 2006 wird die Organisation in Safety Network International e.V. umbenannt.

Innerhalb der Normenreihe IEC 61158 wird die Basiskommuniaktion von Feldbussystemen normiert. Dabei werden Standardkommunikationsprofile für industrielle Kommunikation definiert. SafetyNET p wurde als Type 22 aufgenommen. Die Normenreihe IEC 61784-2, das die Echtzeit-Kommunikation eines Ethernet basierten Systems bewertet, wurde um das Kommunikationsprofil CPF 18, welches SafetyNET p beschreibt, erweitert. Dabei wurden die beiden Performanceklassen RTFL als CP 18-1 und RTFN als CP 18-2 gelistet.