Ethernet-taugliches Profinet: Vorteile durch Proxy-Konzept, Echtzeit und optimale Interaktion

Mehrwert durch Millionen Knoten

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Die Entwicklung der Feldbusse von anfänglich proprietären Lösungen hin zu offenen Systemen wurde durch die stetig steigende Anzahl von Aktoren und Sensoren in Anlagen und Systemen beschleunigt. Zu Beginn als reines I/O-Transportmedium entwickelt, mauserte sich der Feldbus schnell zum Kommunikationsmedium, mit dem sich Anlagen- und Prozessdaten schnell und einfach erfassen lassen.

Profibus, als eines der großen offenen Systeme, passte sich diesem Strukturwandel an. Zum einen war durch die Verwendung von Profilen der Grundstein zur einfachen Anpassung an verschiedene Gerätegruppen gelegt. Zum anderen wurden mittels DP-V1 azyklische Dienste ermöglicht, welche die zyklische Kommunikation nicht beeinflussten. DP-V2 schließlich erhielt Erweiterungen, die auch anspruchsvolle Motion-Control-Lösungen ermöglichten. Beispiele dafür sind Querverkehr oder taktsynchroner Betrieb.

Dezentrale Strukturen durch Bustechnik
Parallel zu den sich ändernden Anforderungen an die Bussysteme änderten sich auch die Strukturen der Automatisierung als logische Konsequenz der direkten Abhängigkeit der beiden voneinander. Waren anfangs zentrale Automatisierungslösungen vorherrschend, kamen später mit Aufkommen der Bustechnik dezentrale Strukturen dazu. Dieser Trend wurde durch den verstärkten Einsatz von Industrie-PCs (IPC) sowie intelligenter Feldgeräte (IFG) wie programmierbare Motion-Controller weiter beschleunigt. Aus diesen beiden konträren Systemen etablierte sich die verteilte Struktur, bei welcher die einzelnen Systeme dezentral verteilt, intern jedoch zentral organisiert sind. Dadurch wird das Beste beider Strukturen genutzt.
Ethernet – Anforderungen als Basis-Bus
Parallel zur Entwicklung bei den Feldbussen wurde auch die Vernetzung in den Unternehmen vorangetrieben. Hersteller und Nutzerorganisationen schufen Möglichkeiten für einen vertikalen Zugriff, um bessere und genauere Produktionsplanung zu gewährleisten und vorhandene Ressourcen effizienter einzusetzen.
Um dies zu erreichen und umzusetzen müssen in der Praxis verschiedene Medien und Protokolle zusammen arbeiten. Es entstanden eine Vielzahl an – zum Teil proprietären – Lösungen. Einfacher und naheliegender erschien es daher, auf allen Ebenen der Kommunikationspyramide auf das gleiche System zu setzen: Gleich in der Verwendung der Physik wie Kabel und Anschlussstecker sowie der Protokolle (TCP/IP). Daraus erwuchs die Forderung, Ethernet als den Quasi-Standard der IT-Welt auch in der Automatisierungstechnik zu nutzen.
Anfangs erschien dies wenig Erfolg versprechend, da Ethernet als Bürokommunikations-Medium geplant und auch die Spezifikation nicht mehr die Neuste war. Außerdem erhoben Feldbus-Organisationen Forderungen: Gleiche Umsetzung wie bei bisherigen Systemen, Echtzeitfähigkeit und Determinismus. Zusätzlich bieten heutige Feldbusse die Möglichkeit, sicherheitsrelevante Daten ebenfalls über den Bus zu übertragen, ohne die Sicherheitsfunktionen negativ zu beeinflussen. Last but not least sollten sich bereits installierte Systeme ebenfalls in die neue Ethernet-Technik einbinden lassen.
Profibus goes Ethernet
Die Profibus-Nutzerorganisation (PNO) nahm sich dieser Aufgabe an. Sie definierte mit Profinet eine Lösung, die den bisherigen Profibus Ethernet-tauglich macht. Dies wird nicht nur durch einfaches Tunneln über das Medium Ethernet erreicht, sondern stellt eine völlig eigenständige Lösung dar.
Profinet erlaubt es nicht nur, die bisher genutzten Eigenschaften des Profibus-Systems weiterhin zu nutzen. Vielmehr wurden durch die PNO neue Möglichkeiten wie die IRT-Technologie (Isochronous Real Time) eingeführt, welche harte Echtzeitfähigkeit und Determinismus garantiert. Dabei erreicht sie eine höhere Performance als es z.B. spezielle Motion-Control-Busse zu leisten im Stande wären.
Optimiertes Engineering mit CBA
Aber nicht nur die Bits- und Bytes-Performance standen bei der Optimierung im Blickpunkt PNO. Mittels Component Based Automation (CBA) wurde auch das Engineering optimiert. CBA ermöglicht es, eine weitere Abstrahierung in der Feldebene einzuführen. Diese erleichtert es, Hersteller unabhängig logische Verknüpfungen nicht nur auf der Geräte-ebene, sondern bis hinauf auf die Anlagenebene leicht und jederzeit durchzuführen, ohne dass komplizierte Kommunikationsbeziehungen zu programmieren sind. Bei CBA wird jedes Gerät (Modul, Anlage) als Komponente betrachtet, welche vom Hersteller eine Komponentenbeschreibung erhält. Diese beschreibt alle Möglichkeiten der Interaktion dieser Komponente. Der Anwender oder Projekteur wählt daraus seine benötigten Ein- und Ausgangssignale aus, welche nach außen sichtbar sein sollen, und verschaltet diese visuell mit den anderen Komponenten.
Proxy-Konzept für beliebige Busse
Das bei Profinet definierte Proxy-Konzept (Stellvertreter) ermöglicht die Einbindung bereits installierter Profibus-Systeme. Diese können wie Profinet-Komponeten behandelt werden. Somit ist ein Investitionsschutz gewährleistet.
Das Proxy-Konzept ist als offenes Konzept ausgelegt, das heißt, diese Stellvertreter-Funktion kann auch auf andere Bussysteme angewendet werden. So war das offene Proxy-Konzept der Garant dafür, die neue Technologie mit den bisherigen Interbus-Technologie zu verknüpfen, als sich der Interbus-Club entschloss, ebenfalls auf die Profinet-Technologie zu setzen. Durch die Zusammenarbeit der Profibus-Nutzerorganisation und dem Interbus-Club kann man ohne Zweifel behaupten, das in der Profinet-Technologie die Erfahrung aus mehr als 18 Millionen installierter Feldbusknoten eingeflossen ist.
Profidrive/ Profisafe weiterhin nutzen
Profinet bietet dem Anwender nicht nur die Umsetzung auf das Medium Ethernet. Es erleichtert durch die Umsetzung der bisher genutzten Profile wie Profidrive für die elektrischen Antriebe oder Profisafe für die Umsetzung der Sicherheitstechnik, einen leichten Umstieg auf das neue Medium. IRT und CBA sind weitere Techniken, die einen echten Mehrwert erbringen. So kann auch zukünftigen Anforderungen, die sich erst in den kommenden Jahren abzeichnen, begegnet werden.
Halle 1, Stand 358
Profinet KEM 453

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