Profinet ist der innovative und offene Standard für Industrial Ethernet. Profinet erfüllt alle Anforderungen der Automatisierung: industriegerechte Installationstechnik, Echtzeitfähigkeit, Deterministik, Einbindung dezentraler Feldgeräte, einfache Netzwerkadministration und -diagnose, Schutz vor unbefugtem Zugriff, effizientes, herstellerübergreifendes Engineering, taktsynchrone Motion-Control-Anwendungen sowie hohe Maschinen- und Anlagenverfügbarkeit. Alle Automatisierungsaufgaben werden mit einem einzigen Kommunikationssystem auf Basis von Industrial Ethernet bewerkstelligt. Profinet setzt auf eine durchgängig skalierbare Lösung für Real-Time-Kommunikation – bei gleichzeitig uneingeschränkter Nutzung offener IT-Standards und TCP/IP. Neben der Real-Time-Fähigkeit und der Nutzung der IT-Technologie spielt bei Profinet der Aspekt Investitionsschutz eine wichtige Rolle. Profinet ermöglicht die Einbindung aller existierender Feldbussysteme, wie Profibus, AS-Interface, DeviceNet und Interbus ohne Änderungen der existierenden Feldgeräte. Damit sind Investitionen von Anlagenbetreibern, Maschinen- und Anlagenbauern sowie von Geräteherstellern gesichert. Um unterschiedliche Anwendungsfälle optimal zu unterstützen, bietet Profinet die beiden Sichtweisen Profinet IO für die Integration dezentraler Peripherie und Profinet CBA für die Erstellung modularer Anlagen für die verteilte Automation.
Profinet Kommunikation
Profinet verwendet Ethernet sowie TCP, UDP und IP als Basis für die Kommunikation. TCP/IP ist bei den Kommunikationsprotokollen in der IT-Landschaft ein De-facto-Standard. Für die Interoperabilität genügt es allerdings nicht, auf den Feldgeräten einen gemeinsamen Kommunikationskanal auf Basis TCP, UDP und IP zu etablieren, denn diese Standards stellen nur die Grundlage für den Datenaustausch dar. Es werden deshalb zusätzliche Protokolle und Festlegungen oberhalb von TCP bzw. UDP benötigt, die sogenannten Applikationsprotokolle, die für Interoperabilität der Anwendungen sorgen. Die Interoperabilität der Anwendungen zwischen den Feldgeräten ist nur dann gewährleistet, wenn das gleiche Applikationsprotokoll verwendet wird. Typische Applikationsprotokolle sind z.B. SMTP (E-Mail), FTP (Dateitransfer) oder HTTP (Internet). Die verschiedenen Anwendungsbereiche in der industriellen Automatisierung erfordern ein weites Leistungsspektrum hinsichtlich Kommunikation. Es reicht von nicht zeitkritisch über Real-Time bis hin zu taktsynchron. Für nicht zeitkritische Vorgänge nutzt Profinet TCP/IP bzw. UDP/IP. In industriellen Anwendungen reicht das meistens nicht aus. Hier werden deutlich höhere Anforderungen an Datendurchsatz und Taktsynchronität gestellt. Der auf Geschwindigkeit optimierte Datenaustausch wird als Real-Time-Kommunikation (RT), der taktsynchrone als Isochronous Real-Time (IRT) bezeichnet. Profinet bietet eine skalierbare Datenkommunikation an. Es kann damit die weltweit etablierten Standard-Protokolle genauso nutzen wie eine auf Schnelligkeit optimierte Kommunikation. Die koexistente Nutzung der Echtzeit- und der TCP/IP-basierten Kommunikation zwischen Profinet-Feldgeräten kann über dieselbe Busleitung zur gleichen Zeit erfolgen.
TCP/IP und UDP/IP Kommunikation
Für nicht zeitkritische Vorgänge nutzt Profinet für die Kommunikation die Standard-Ethernet-Mechanismen mittels TCP/IP bzw. UDP/IP gemäß des internationalen Standards IEEE 802.3. Profinet-Geräte werden, wie bei Standard Ethernet auch, über eine MAC- und eine IP-Adresse adressiert. Unterschiedliche Netzwerke erkennt Profinet bei der TCP/IP und UDP/IP-Kommunikation anhand der IP-Adresse. Innerhalb eines Netzwerks ist die MAC-Adresse ein eindeutiges Kriterium für die Adressierung des Zielgerätes. Der Anschluss von Profinet-Feldgeräten an die IT-Welt ist ohne Einschränkungen möglich. Voraussetzung hierfür ist, dass die entsprechenden Dienste wie z.B. File-Transfer in dem jeweiligen Feldgerät implementiert sind. Dies kann Hersteller spezifisch differieren. Die Merkmale von TCP/IP und UDP/IP sind: Erkennen von Frame-Verlusten durch Quittierungsmechanismen Wiederholung von Sende-Frames, wenn die Quittung ausbleibt Flusskontrolle, d.h. der Empfänger kann die Sendefrequenz eines Senders steuern. Damit ist sichergestellt, dass der Sender erst dann wieder ein Frame sendet, wenn das vorherige quittiert wurde. Jedes Profinet-Feldgerät muss die Datenkommunikation über UDP/IP unterstützen.
Real-Time-Kommunikation (RT)
Eine Datenkommunikation über den TCP/IP- bzw. UDP/IP-Kanal ist mit vielen Verwaltungs- und Kontrollinformationen für die Adressierung und Fluss-Steuerung ausgestattet, die den Datenverkehr verlangsamen. Um die Echtzeit-Fähigkeit für den zyklischen Datenaustausch zu gewährleisten, verzichtet Profinet bei der RT-Kommunikation teilweise auf die IP-Adressierung und die Fluss-Steuerung über TCP und UDP. Hierfür eignen sich die Kommunikationsmechanismen von Ethernet (Schicht 2 des ISO/OSI-Modells) sehr gut. Die RT-Kommunikation findet parallel zur TCP/IP und UDP/IP-Kommunikation statt. Die RT-Kommunikation von Profinet bietet folgende Möglichkeiten: – RT-Kommunikation innerhalb eines Netzwerkes: Bei dieser Kommunikation sind keine Adressierungsinformationen über das Zielnetzwerk notwendig. Die Verwaltungsinformationen von TCP/IP bzw. UDP/IP entfallen. Die RT-Frames werden bereits beim Empfang anhand des Ethertypes (0x8892) identifiziert und im RT-Kanal verarbeitet. Damit sind Buszyklen im einstelligen Millisekunden-Bereich erzielbar. – RT-Kommunikation zwischen Netzwerken: In einigen Netzwerken oder bei Anlagenerweiterungen ist es notwendig, Daten über Netzwerkgrenzen hinweg auszutauschen. Eine solche Netzwerk-übergreifende Kommunikation benötigt Adressierungsinformationen über das Zielnetzwerk (IP-Adresse). Für diesen Einsatzfall steht \’RT over UDP\‘ zur Verfügung. -Datenquerverkehr mit RT: Für die zyklische Datenübertragung an mehrere Teilnehmer wurde der direkte Datenverkehr zwischen IO-Devices auf Basis eines Ethernet Mulitcast definiert. Netzwerk übergreifende MCR-Daten folgen dem Datenaustausch mit \’RT over UDP\‘.
