Profinet als zukunftssichere Kommunikationslösung

Es ist einfach einzusehen, warum ein so starker Trend besteht, Ethernet-basierende Systeme für nahezu jede Art von Kommunikation, einschließlich der industriellen Automation, einzusetzen. Ethernet hat sich seit Jahren bewährt, ist weit verbreitet, und es gibt überall auf der Welt Know-how dafür. Zusätzlich bedeutet die weit verbreitete Nutzung, dass ein umfangreiches Angebot an Ethernet-Komponenten verfügbar ist und der Support auch in Zukunft garantiert wird. Ethernet wurde ursprünglich für die Büro-Kommunikation entwickelt, bei der Reaktionszeiten von ein paar Millisekunden oder wie in vielen Fällen auch einigen Sekunden keine Rolle gespielt haben. Für Automationslösungen ist das nicht der Fall. Hier wird eine sofortige Reaktion wie z.B. bei der Erfassung von Objekten benötigt. Profinet in Netzwerkstrukturen Aus diesem Grund sind verschiedene Arten von industriellen Ethernet-Protokollen entwickelt worden. Eines davon ist Profinet. Es hat inzwischen einen so großen Zuspruch gefunden, dass es in vielen Branchen zum Industriestandard erklärt wurde. Einige führende europäische Hersteller sind enthusiastische Befürworter von Profinet. Omron unterstützt diese Aktivitäten mit eigenen Profinet-IO-Produkten (Bild 1). Profinet-IO besitzt alle Vorteile, die auf Ethernet-Systemen basieren, aber es hat noch mehr zu bieten. Hier ein Beispiel: Im Gegensatz zu anderen industriellen Ethernet-Systemen kann sich Profinet-IO die Netzwerkstrukturen mit anderen Ethernet-Kommunikationen teilen. Das bedeutet, dass das gleiche Netzwerk für anlageninterne E/A-Verbindungen sowie für Datentransfer zwischen verschiedenen Steuerungen oder zum Hostrechner gleichzeitig genutzt werden kann. In vielen Applikationen führt das zu hohen Einsparungen bei der Netzwerkverkabelung und Netzwerkkomponenten wie Switches und Routern. Verlässlich und schnell Profinet-IO wurde entwickelt, um selbst bei gemeinsam benutzter Infrastruktur über verlässliche Echtzeiteigenschaften zu verfügen. Die schnellen, zyklischen E/A-Daten \’überspringen\‘ die konventionellen TCP/IP-Layer schichtweise, und Priority Flags im Ethernet-Rahmen stellen sicher, dass E/A-Nachrichten in Netzwerk-Switches vorrangig behandelt werden können. Ein Vorteil der Omron-Profinet-IO-Lösung ist, dass in die Buskoppler bereits Switches integriert sind. Das ermöglicht eine Verkabelung in der klassischen Linienstruktur; einzelne E/A-Module können also direkt miteinander verbunden werden (Bild 2). Das steht im Gegensatz zur Stern- und Baumstruktur, die normalerweise bei Ethernet verwendet wird, und somit zusätzliche Hardware (Switches) für die Verbindung von Teilnehmern installiert werden muss. Diese Lösung spart sowohl Kosten als auch Zeit für Installation und Verdrahtung, da keine separaten Switches verdrahtet und versorgt werden müssen. Linien- und Ringstruktur Profinet-IO ist in sich selbst bereits sehr zuverlässig. Allerdings kann die Verfügbarkeit kritischer Applikationen mit dem Schließen der Linienstruktur des Netzwerkes zu einem Ring nochmals verbessert werden. Damit bleibt ein Ausfall oder eine Störung bei irgendeinem der angeschlossenen Teilnehmer oder ein Kabelbruch ohne Auswirkung für das restliche Netzwerk. Alle Teilnehmer können ohne Probleme weiter kommunizieren. Diese Redundanz wird durch das Medien-Redundanz-Protokoll (MRP) in Profinet-IO gewährleistet. Als Besonderheit baut Omron die MRP-Client-Funktion in jeden Profinet-IO-Koppler als Standard mit ein. Dadurch reduziert sich der zusätzlich nötige Hardware-Aufwand für die redundante Verkabelung auf einen einzigen Switch mit MRP-Funktionalität. Der MRP-Manager sammelt Statusdaten aller Teilnehmer, und im Falle einer Störung werden alternative Kommunikationspfade automatisch aktiviert. Profinet nutzt auch Eigenschaften und Funktionalitäten, die von Profibus-DP bereits bekannt und geschätzt sind. Aufgrund dieses \’Erbes\‘ kann Profinet ähnlich wie Profibus-DP konfiguriert werden. Für die vielen existierenden Profibus-DP-Nutzer ist die Umstellung auf ein Ethernet-System damit nur ein kleiner Schritt. Field Device Tool als Basis Als Basis für die Software-Tools des Profinet-IO benutzt Omron den netzwerkunabhängigen Softwareframe FDT (Field Device Tool). Diese Software arbeitet in Verbindung mit Device Type Manager (DTM)-Plug-ins, die von Feldgeräte-Herstellern zur Verfügung gestellt werden, um die Funktionen ihrer Geräte zu beschreiben. Die DTMs stellen dem Benutzer unabhängig vom Netzwerk und des verwendeten Gerätes immer die gleiche Parametrieroberfläche zur Verfügung. Das bedeutet, dass die Konfiguration eines Teilnehmers an Profinet-IO praktisch identisch zur vorhandenen Konfiguration für Profibus-DP ist. Dadurch entfällt beim Wechseln des Kommunikationssystems das Erlernen neuer Software bei gleichzeitig vollem Zugriff auf die spezifischen Merkmale der einzelnen Gerätehersteller. Auch konventionelle, textbasierende GSD (ML)-Dateien werden unterstützt. Zukunft von Profinet-IO Wachsende Akzeptanz unter den Herstellern und die weltweiten Verbreitung von Ethernet ermöglichen Profinet-IO eine lange und gute Zukunft. Aktuelle Marktzahlen zeigen, dass die Zahl der installierten Profinet-IO-Teilnehmer die Marke von einer Million längst überschritten hat: Ende 2008 waren es 1,6Mio. installierte Profinet-Knoten. Das ist zwar immer noch weniger als bei etablierten Feldbus-Systemen, aber die Wachstumsrate des Profinet-IO ist erheblich größer. Die Anzahl der neu installierten Knoten wird in weniger als fünf Jahren das gleiche Level wie Profibus (ca. 5Mio. Knoten pro Jahr) erreicht haben. Es gibt keine Zweifel daran, dass Ethernet die dominierende Kraft in allen Bereichen der Datenkommunikation werden wird und dass die industriellen Varianten von Ethernet stufenweise die konventionellen Feldbussysteme im Automatisierungssektor ablösen werden. Dabei spielt Profinet die treibende Rolle.