PROFINET-S2-Systemredundanz mit Hilscher und netX

Wofür benötige ich Systemredundanz?

Je nach Branche und spezifischem Anwendungsfall stellen industrielle Netzwerke ganz unterschiedliche Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Automatisierungssystemen. Je höher diese sind, desto mehr spielt das Stichwort Redundanz eine entscheidende Rolle: also das zusätzliche Vorhandensein funktional gleicher oder vergleichbarer Ressourcen, über die ein technisches System beim Ausfall einzelner Systemkomponenten weiterhin störungsfrei funktionieren kann.

Im nachfolgenden Blogbeitrag erfahren Sie alles Wissenswerte über die gängigen Redundanzmechanismen, die S2-Systemredundanz im Speziellen und wie Hilscher Sie bei deren Umsetzung in PROFINET-Netzwerken unterstützen kann.

Welche Redundanzmechanismen bietet PROFINET?

A PROFINET controller icon on top, a PROFINET device icon on the bottom. In the middle is a PROFINET icon.

S1-Redundanz:

PROFINET S1 beschreibt eigentlich keine spezielle Redundanzkonfiguration, sondern den herkömmlichen PROFINET Standard. Das bedeutet, dass ein IO-Device über eine PROFINET-Schnittstelle verfügt, die eine Kommunikationsbeziehung zu einem Controller aufbauen kann.

Two PROFINET controller icons on top, a PROFINET device icon on the bottom. In the middle is a PROFINET icon.

S2-Redundanz:

Bei der S2-Redundanz besitzt ein IO-Device ebenfalls genau eine PROFINET Schnittstelle, die jedoch bis zu zwei Kommunikationsbeziehungen zu zwei redundanten IO-Controllern aufbauen kann. Der Datenaustausch erfolgt in der Regel über die primäre Verbindung. Sollte diese jedoch gestört sein, erfolgt der Datenaustausch über den Backup-Controller.

R1-Redundanz:

In dieser Konfiguration verfügt ein IO-Device über zwei PROFINET-Schnittstellen, die jeweils mit einem Controller verbunden sind. Sollte die primäre Verbindung ausfallen, schaltet also nicht dieselbe Schnittstelle auf den zweiten Controller um, sondern das IO-Device schaltet auf die zweite Schnittstelle um.

R2-Redundanz:

Die R2-Systemredundanz kombiniert die Ansätze von S2 und R1. Das IO-Device verfügt demnach über zwei PROFINET-Schnittstellen, die jeweils über zwei Kommunikationsbeziehungen zu redundanten Controllern verfügen. Je nach Art des Systemfehlers wird die Verbindung immer über die schnellstmögliche Kommunikationsbeziehung wiederhergestellt.

PROFINET redundancy in action

Yokogawa Electric, a leading company in integrated plant production control systems, has implemented S2 redundancy for their PROFINET IO controller by adopting Hilscher's comX embedded module, thereby improving the operation rate of the plant.

S2-Systemredundanz: Der effiziente Allrounder

Die S2-Systemredundanz beschreibt eine Redundanz auf der Steuerungsebene, bei der zwei redundante Controller verwendet werden, um den kontinuierlichen Betrieb eines Systems sicherzustellen. Fällt einer der Controller aus, übernimmt der zweite Controller automatisch die Steuerung, ohne dass es zu Ausfallzeiten kommt. Dies ist besonders wichtig in industriellen Anwendungen, in denen der reibungslose und unterbrechungsfreie Betrieb entscheidend ist. Dazu gehören:

Kritische Prozessautomatisierung: Branchen wie Öl- und Gas, Chemie und Pharmazeutik erfordern eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Die PROFINET-S2-Redundaz stellt sicher, dass im Falle eines Controller-Ausfalls, der Backup-Controller sofort übernehmen kann. Dies gewährleistet die Kontinuität kritischer Prozesse ohne Unterbrechungen.
Fertigung mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen: In den Hochleistungs-Produktionsanlagen, die beispielsweise in der Automobilfertigung oder Halbleiterherstellung zum Einsatz kommen, kann jeder ungeplante Stillstand zu erheblichen Verlusten führen. Die S2-Redundanz unterstützt die Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Produktionsflusses durch den nahtlosen Wechsel des Controllers im Störfall.
Versorgungs- und Energiesektor: Kraftwerke, Wasseraufbereitungsanlagen und andere Versorgungsdienste sind auf einen kontinuierlichen Betrieb angewiesen. Die S2-Systemredundanz stellt sicher, dass auch bei einem Ausfall einer Steuerungseinheit der Betrieb ohne merkliche Unterbrechung fortgesetzt werden kann.

Im Vergleich zu den R-Redundanzen, die vollständig getrennte Netzwerksegmente ermöglichen, lässt sich über die S2-Systemredundanz mit relativ überschaubaren Mitteln ein redundantes System erreichen. Ein Device benötigt in diesem Fall lediglich ein Netzwerk-Interface, also nur einen Kommunikationscontroller. Dies ermöglicht es, ein kompaktes Feldgerät ohne zusätzliche Hardware an ein hochverfügbares System anzubinden. Für die meisten Anwendungsszenarien in der Factory Automation ist diese Art der Redundanz bereits ausreichend und sogar in der Prozessautomation trifft dies für weite Teile zu. Damit kann die S2-Redundanz als der effiziente Allrounder unter den Redundanzmechanismen bezeichnet werden.

PROFINET-S2-Systemredundanz mit Hilscher

Hilscher bietet für Anwendungen, die eine PROFINET-S2-Systemredundanz erfordern, eine Device-seitige netX Firmware für PROFINET. So lassen sich Devices, welche als Netzwerk-Interface die Kommunikationscontroller netX 51, netX 90 und netX 100 sowie darauf basierende Produkte verwenden (z.B. PC-Karten der cifX-Familie oder auch Embedded Module wie netJACK oder comX), mit minimalem Aufwand auch in redundante Systeme integrieren.

In Relation zum geringen Invest profitieren Unternehmen auf vielfältige Art und Weise vom Upgrade ihrer Standard-Devices zum redundanten Pendant. Zu den Vorteilen gehören:

Erhöhte Systemverfügbarkeit: Durch die Redundanz können Ausfallzeiten minimiert werden, da das System beim Ausfall eines Controllers automatisch auf den sekundären Controller umschaltet.
Reduzierte Wartungskosten: Da die Systeme weiterhin betriebsbereit sind, können Wartungsarbeiten ohne Eile durchgeführt werden, was die Kosten und den Aufwand für Notfallwartungen reduziert.
Schnelle Wiederherstellung nach Fehlern: Die automatische Umschaltung auf den sekundären Controller ermöglicht eine schnelle Wiederherstellung nach Fehlern, was die Produktivität erhöht und die Stillstandzeiten reduziert.
Erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit: Der Einsatz von Systemredundanz minimiert das Risiko eines vollständigen Systemausfalls, was besonders in sicherheitskritischen Anwendungen von großer Bedeutung ist.
Flexible Anpassung an Netzwerkanforderungen: Die S2-Redundanz ermöglicht es, Netzwerke flexibel an die spezifischen Anforderungen und Umgebungen anzupassen, was eine maßgeschneiderte Lösung für verschiedene Industrieanwendungen bietet.

Durch den Einsatz von PROFINET-S2-Systemredundanzen können Unternehmen also die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit ihrer Produktionssysteme erheblich verbessern, was zu einer Steigerung der Effizienz und einer Reduzierung von Ausfallkosten führt.

A tray of embedded modules with a netX chip onboard in a production machine. A red gleam is seen in the background. A small golden needle for testing comes from the top pointing at the tray.

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Zuverlässige und hochverfügbare Automatisierungssysteme: PROFINET-S2-Systemredundanz mit Hilscher

Wofür benötige ich Systemredundanz?

Welche Redundanzmechanismen bietet PROFINET?

PROFINET redundancy in action

Enabling PROFINET S2 redundancy for Yokogawa's CENTUM VP

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