Das FL-net

Ein Protokoll für die Automationstechnik

Hinter dem Begriff FL-net steht ein Protokoll, welches innerhalb der Automationstechnik genutzt wird und aufgrund einer Initiative zur Standardisierung durch die “Japan Electrical Manufacturers Association”, kurz JEMA, und einige andere japanische Unternehmen entwickelt wurde.

FL-net wird auch mit dem „Controller level network“, also der Steuereinheit innerhalb eines Systems, gleichgesetzt. Diese basiert vollständig auf den Spezifikationen vom „device-level network“ OPCN-1. Auch hierbei handelt es sich um eine japanische Technologie. FL-net arbeitet auf Basis des industriellen Ethernets. Hierbei geht es um eine Anwendung, die es möglich macht, Softwarekomponenten wie Protokolle mit Teilen der Hardware, also beispielsweise den Kabeln, Verteilern oder Netzwerkkarten, auch für kabelgebundene Datennetze zu spezifizieren. Bei der gewählten Software und Hardware handelt es sich im eigentlichen Sinne um LAN-Technik, also lokale Netzwerke, die jedoch durch das Ethernet auch einen Datenaustausch schaffen können, bei welchem sie Datenpaketen jeglicher Form untereinander versenden und somit eine Kommunikation durchführen. Diese Kommunikation hat neben dem Zweck der Automatisierung von Produktionsprozessen, auch die Aufgabe Störungen zu prognostizieren, um somit einen Stillstand oder Ausfall des Systems zu vermeiden. Demnach wurde auch FL-net dafür konzipiert, eine kommunikative Verbindung zwischen den Steuerungsmethoden, wie CNC oder PLC. CNC bezeichnet hierbei die computergestützte numerische Steuerung und PLC steht für „Programmable Logic Controller, der mit der deutschen Variante SPS gleichzusetzen ist.

FL-net – Technische Daten

Wie bereits erwähnt, basiert dieses Protokoll auf der Technologie von Ethernet. Doch es gibt auch Unterschiede zwischen diesen beiden Techniken. der gravierendste liegt in der Befähigung stabile und sichere Übertragungszeiten für die Übertragung von Daten zu gewährleisten. Anders gesagt, geht es hierbei um den Aspekt von echtzeitfähigen Datensendungen. Bei dem FL-net sieht dies wie folgt aus, dass ein Verbindungsprotokoll genutzt wird, welches in Zusammenhang mit UDP/IP für gute Echtzeit-Übertragungen sorgt. Eine Einheit aus diesem Protokoll ist in eine Steuerung eingebaut und überträgt sowie empfängt kritische Daten über den Zustand und die Abläufe innerhalb eines Netzwerks. Dies geschieht lediglich durch die Zuordnung einer Adresse, also einer genauen Position, an welcher sich der Teilnehmer innerhalb des Systems befindet. Dies hat den Nutzen, dass andere Teilnehmer während der Kommunikation direkt wissen, wo sich eine Einheit befindet und welche Nachricht an diese übermittelt werden soll. Zudem wird hierdurch natürlich auch die Findung und Lösung von Problemen und Störungen vereinfacht, da Teilnehmer einfach identifiziert und Adressen klar zugeordnet werden können.

FL-net – die Topologie

Als eine Topologie wird gemeinhin eine Struktur bezeichnet, die innerhalb eines Computernetzes auftritt und die Verbindungen zwischen mehreren Geräten des Systems untereinander aufzeigt. Diese Kopplungen dienen dem Datenaustausch. Welche Topologie bei einem Netz auftritt, entscheidet darüber, wie sich die Ausfallsicherheit gestaltet. Denn nur wenn es alternative Wege zwischen den Knotenpunkten gibt, kann es beim Ausfallen eines Teilnehmers dennoch gewährleistet werden, dass die Funktionsfähigkeit des Systems bestehen bleibt und es zu keinem Stillstand kommt. So finden sich innerhalb einer Topologie neben den herkömmlichen Arbeitswegen auch stets solche Umleitungen. Die Kenntnis über die Art der Netzstruktur kann zudem auch noch für die Bewertung einer erbrachten Leistung herhalten. Dies hilft der Wahl richtiger Investitionen und geeigneter Hardware.
Üblicherweise unterscheidet man bei den Strukturen zwischen

  • der physikalischen Topologie, die den Aufbau der Verkabelung beschreibt, und
  • der logischen Topologie, welche den Datenfluss zwischen den Endgeräten aufzeigt.

Innerhalb des FL-net finden sich flexible Strukturen. So kann hier die Sterntopologie, die Baumtopologie oder die Linienstruktur auftauchen.

  • Sternstruktur - hier sind innerhalb vom FL-net an einen zentralen Teilnehmer alle anderen Teilnehmer mittels einer Zweipunktverbindung angeschlossen. Zu bemerken bei der Wahl des zentralen Teilnehmers ist hierbei, dass er nicht zwangsläufig über eine höhere Steuerungsintelligenz verfügen muss. Die Vorteile dieser Anordnung bestehen unter anderem in der Möglichkeit, dass Netz leicht zu erweitern und hohe Übertragungsraten zu erreichen. Zudem eignet es sich auch bestens für Anwendungen im Multicast- und Broadcastbereich.
  • Baumtopologie - diese Vernetzung kennzeichnet sich durch eine Wurzel, die den ersten oder obersten Knotenpunkt markiert. Von dieser Position aus geht dann mindestens eine, doch meistens gleich mehrere Kanten aus. Diese werden auch als Links benannt. Diese Links führen die Struktur weiter zu einem Blatt, den Endknoten, können jedoch auch zu der Wurzel einer anderen Baumtopologie verbinden, was dann als die Graphentheorie tituliert ist. Die Vorteile dieser Anordnung im FL-net liegen darin, dass es keine Konsequenzen hat, wenn ein Endgerät ausfällt; dass sich die Struktur erweitern lässt; dass große Entfernungen und somit auch weitreichende Kombinationen realisierbar sind; und das es sich für Such-und Sortieralgorithmen eignet.
  • Bustopologie - diese Anordnung innerhalb von FL-net nennt sich auch Linienstruktur. Denn hier sind alle Geräte direkt mit dem Bus, der als Übertragungsmedium fungiert, verbunden. somit gibt es zwischen den Geräten und dem Medium keine aktiven Komponenten, das Netz verläuft visuell dargestellt in einer Reihe. Auch hier hat der Ausfall eines Gerätes keine Konsequenzen auf die Funktionalität. Zudem kann durch die Verwendung einer solchen Struktur die Menge der benötigten Kabel gesenkt werden, was auch die Kosten minimiert.