Ethernet in der Automatisierung

Profi im industriellen Ethernet

Eine Einführung in Profinet
Der Einzug Ethernet basierter Kommunikationslösungen in die Industrieautomation ist nicht mehr aufzuhalten. Eine durchgängige, unternehmensweite Infrastruktur, verbunden mit der Möglichkeit des direkten, transparenten Zugriffs aus der Leitebene, bessere Kommunikationsmöglichkeiten zwischen Automatisierungssystemen und die Verwendung von IT-Standard-Protokollen – das sind die entscheidenden Vorteile, die diesen Trend forcieren. Namhafte Automatisierungshersteller haben Ihre Lösungen bereits am Markt etabliert und bieten entsprechende Produkte an.

Der offene Industrial Ethernet Standard Profinet ist Bestandteil der internationalen Feldbusnorm IEC 61158 und wird von der Profibus-Nutzerorganisation gepflegt und am Markt vertreten. Profinet vereint zwei Sichtweisen auf einer gemeinsamen Netzwerk- und Kommunikationsbasis, die verteilte Automatisierung mit CBA (Component Based Automation) und die dezentrale Peripherie mit IO.

Dezentrale Peripherie

Profinet IO verschaltet Komponenten mit integrierter, dezentraler Peripherie sowohl am Ethernet als auch am unterlagerten Feldbus. Das Profinet-Gerätemodell definiert drei Gerätetypen: den IO-Controller, das IO-Device und den IO-Supervisor. Der IO-Controller entspricht der Steuerung und übernimmt die Verarbeitung der Prozesssignale, das IO-Device entspricht dem Feldgerät und der IO-Supervisor einem HMI (Human Machine Interface) oder einer Diagnosestation. Der bekannte Profibus findet sich in diesem Modell mit neuen Eigenschaften und größeren Datenmengen vollständig wieder. Auch die Projektierungssicht und die Datenzugriffe auf die dezentrale Peripherie werden dem versierten Nutzer dieses Feldbusses sofort vertraut sein. Die Geräteadressierung ist durch das Ansprechen per Namen einfacher geworden. IO-Devices werden mit einem technologischen Namen getauft. Im Anlaufprozess erhalten alle projektierten IO-Devices vom IO-Controller automatisch eine IP-Adresse zugewiesen. Der Nutzdatentransfer erfolgt nach dem Provider-Consumer-Modell, wobei die IO-Daten in einem parametrierbaren, zyklischen Zeitraster zusammen mit einem Datenstatus übertragen werden.

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Verteilte Automatisierung

Die verteilte Automatisierung mit Profinet CBA setzt auf die Wiederverwendung von vorgefertigten und getesteten Komponenten. Als Komponente präsentiert sich dabei die Gesamtheit von Mechanik, Elektrik und Steuerungsprogramm in einem technologischen Modul. Ein Interface stellt die Prozessvariablen des Moduls zur Verfügung, wobei der Zugriff darauf standardisiert ist. Die Anlagenprojektierung erfolgt Hersteller übergreifend mittels definiertem Engineering-Konzept. Die praktische Umsetzung des Konzepts erfolgt durch den so genannten Verschaltungseditor, mit dem die Variablen der Komponenten unterschiedlicher Hersteller einfach grafisch miteinander verknüpft werden. Anschließend wird die Projektierung per Knopfdruck in die einzelnen Komponenten geladen. Der Aufbau und die Überwachung der Kommunikationsbeziehungen erfolgt danach automatisch. Die Daten können mit unterschiedlichen Eigenschaften übertragen werden, zyklisch und auf Wert-Änderung sowie mit unterschiedlichen Quality of Service. Eine offene Coupler-Schnittstelle ermöglicht zusätzlich die Integration herstellerspezifischer Werkzeuge beziehungsweise Funktionserweiterungen. Die Runtime-Software von CBA steht allen Mitglieder der PNO im betriebssystemunabhängigen Source-Code zur Verfügung. Die Einbindung in eigene Geräte kann mittels spezieller Portierung realisiert werden.

Echtzeitkommunikation

Die Kommunikationsbasis von Profinet berücksichtigt die koexistente Nutzung von Echtzeit- und IT-Kommunikation. Alle Anforderungen der Automatisierungstechnik werden durch unterschiedliche Kommunikationskanäle abgedeckt. Der Standardkanal dient der Geräteparametrierung, der Konfigurierung sowie der Übertragung von Diagnosedaten. Im Echtzeitkanal RT (Realtime) werden performante zyklische Nutzdaten übertragen. Für die taktsynchrone Nutzdatenübertragung mit einem Jitter (Verzögerungszeit von Datenpaketen) kleiner als eine Mikrosekunde – also speziell für Motion-Control-Anwendungen – kommt der Echtzeitkanal IRT (Isochrones Realtime) zum Einsatz.

Neben der Kommunikation hält Profinet auch Antworten auf weitergehende, interessante und aktuelle Themen bereit. Die nahtlose Einbindung von Feldbussystemen wie Profibus und Interbus schützt Investitionen der Gerätehersteller und Anlagenbetreiber. Profinet enthält dazu ein Proxykonzept sowie eine entsprechende Migrationsstrategie. Die IT-Integration umfasst das Netzwerkmanagement, die Netzwerkdiagnose sowie den Fernzugriff via Internet. Profinet Security sieht ein Zellenkonzept mit vorgelagerten Sicherheitskomponenten vor. Es wird dabei ein sicherer Kanal zwischen den Zellen aufgebaut. Die Kontrolle erfolgt zur Entlastung der Automatisierungsgeräte am Zelleneingang. Profinet Safety, also die Realisierung von Standard- und Safety-Applikationen, ist in Vorbereitung. Es basiert auf dem für Profibus zertifizierten Safety-Layer. In akkreditierten Prüflaboren erfolgt die einheitliche Testung von Profinet-Produkten vor der Markteinführung und gewährleistet somit die Einhaltung der Spezifikation, also eine nachweisbare Produktqualität.Thomas Werner (gm)

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