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Profisafe über 5G

28. April 2021, 14:49 Uhr   |  Meinrad Happacher

Profisafe über 5G
© Schildknecht

Wie leistungsfähig ist eine 5G-Infrastruktur hinsichtlich der funktionalen Sicherheit? Der dritte und letzte Teil dieser Artikelserie beschreibt durchgeführte Laborexperimente mit Profisafe über Profinet innerhalb eines 5G-Netzes unter Einsatz industrietypischer Komponenten.

Die Untersuchungen wurden auf dem ‚5G-Industry Campus Europe‘ in Aachen durchgeführt. Der 5G-Industry Campus Europe ist Europas größtes 5G-Forschungsnetz und um-spannt insgesamt vier Werkshallen und 1 km2 offene Fläche, auf denen industrielle Anwendungsfälle untersucht werden. Die Werkshallen des WZL, des Fraunhofer IPT und des FIR an der RWTH Aachen sind mit ihrer maschinellen Ausstattung und ihren Prozessen mit industriellen Produktionsumgebungen vergleichbar. Der für den 5G-Test genutzte Versuchsaufbau besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten:

  • der 5G-Kommunikationsinfrastruktur, 
  • einer S7-SPS und einem IO-Gerät (beide Siemens), auf welchen eine Profisafe-Anwendung mit funktionaler Sicherheit läuft 
  • und einem 5G-Device, IPCs sowie zwei Dataeagle-Geräte von Schildknecht, welche das Profinet Protokoll von der SPS an das IO-Gerät über das 5G-Netz tunneln.

Die Datenfunksysteme

Die Dataeagle-Geräte von Schildknecht sind Datenfunksysteme, welche die SPS und das IO-Modul drahtlos verbinden, dabei eine Wireless Profinet-Kommunikation zwischen diesen beiden Geräten ermöglichen und zugleich die Schicht-2-Profinet-Frames in Schicht-3-IP-Pakete umwandeln. Die Datenfunksysteme führen neben einer Überwachung eine Vorverarbeitung der Profinet-Feldbus-Telegramme durch, um die Feldbus-Kommunikation aufrechtzuerhalten, unabhängig davon, welche Verbindung zwischen den beiden Knoten angewendet wird, um die Anforderungen der Steuerungstechnik zu erfüllen (beispielsweise Anforderungen an die Übertragungszeit, Anzahl der erneuten Übertragungen). Darüber hinaus halten sie den Zustand des Profinet-Protokolls mittels Vorverarbeitungs-Algorithmen stabil, um harte kabelbasierte Timing-Anforderungen der Steuerung einzuhalten. Ohne eine solche Prozedur können Feldbus-Fehler auftreten, die zu Maschinen-Stillstandzeiten von Minuten führen, wenn ein Datenpaket sein Ziel außerhalb des Profinet/Profisafe-Zeitfensters erreicht.

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1. Profisafe über 5G
2. Die 5G-Infrastruktur
3. Die Datenaustausch-Zeit

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