Laut Profibus & Profinet International (PI) ist es \’offiziell\‘ und notariell bestätigt: Die Zahl der weltweit über alle Branchen hinweg installierten Profinet-Knoten hat die 3-Millionen-Marke überschritten (Bild 1). Damit wächst der offene Industrial-Ethernet-Standard inzwischen deutlich stärker und schneller als sein erfolgreiches Pendant Profibus. Daraus lässt sich schließen: Profinet erreicht immer mehr Hersteller, Ausrüster wie auch Betreiber von Maschinen, Anlagen und Fabriken. Und unterstützt sie mehr als andere Feldbussysteme bei der Umsetzung ihrer Ziele, die da lauten: – maßgeschneiderte Maschinen- bzw. Fertigungskonzepte, – optimaler Einsatz aller Ressourcen sowie – höchste Produktivität und Qualität Der Weg dahin ist für Maschinenbauer häufig ein anderer als für Betreiber einzelner Maschinen, der sich wiederum von dem einer komplexen Produktion oder Fabrik unterscheidet. Jeder Anwender braucht ein individuelles, seine spezifischen Anforderungen erfüllendes Maß an Flexibilität, Effizienz und/oder Performance. Genau dieses bietet Profinet mit seiner ständig wachsenden Fülle innovativer Funktionalitäten und Möglichkeiten. Der Weg zu hoher Flexibilität … … führt über Profinet, weil es dem Anwender grundsätzlich freie Wahl der Topologie lässt und über klassische Linienstrukturen hinaus auch Stern-, Baum- und Ringstrukturen in allen gängigen Medien (Kupferkabel, Lichtwellenleiter und Funk) unterstützt. Beides im individuellen Mix, bei Bedarf redundant und somit hochverfügbar. So kann die Netzwerktopologie dem Aufbau jeder Maschine angepasst werden und nicht umgekehrt. Erweiterte Möglichkeiten erschließen dabei die Innovationen Shared-Device (I/O-Device mit Zugriff von zwei I/O-Controllern) und I-Device (intelligente I/O-Controller, die über ein E/A-Prozessabbild mit einem anderen I/O-Controller als I/O-Device kommunizieren können). Mit Profinet ist die drahtlose Anbindung mobiler Maschinenteile und/oder Bedieneinheiten über Industrial Wireless LAN (IWLAN) (Bild 2) ohne Systembrüche möglich, auch mit deterministischer Echtzeitkommunikation (RT). Das reduziert den Verkabelungsaufwand und eliminiert beispielsweise verschleißbehaftete, wartungsintensive Lösungen mit Schleifkontakten. Als derzeit einziges Feldbussystem unterstützt Profinet die gemischte drahtlose Kommunikation ablauf- und sicherheitsrelevanter Signale über ein und dasselbe Medium und das Profisafe-Profil. Damit ist die Sicherheit von Mensch, Maschine und Umwelt noch einfacher und flexibler umzusetzen, auch über Profibus- und Profinet-Strukturen hinweg. Die Offenheit und Kompatibilität zu Ethernet ist die Grundlage für einheitliche, durchgängige Vernetzung und Integration von Automatisierungskomponenten und Standard-IT-Geräten/-Diensten. Darunter finden sich etablierte Web-Tools wie standardisierte oder benutzerdefinierte Webseiten auf Geräten, z.B. Controllern, worüber sich Werte aus Anwenderprogrammen über einen Standard-Webbrowser visualisieren und mit entsprechender Autorisierung auch verändern lassen. Das ist eine einfache und kostengünstige Variante der Diagnose und Ferndiagnose. Die konsequente Durchgängigkeit vereinfacht nachträgliches Erweitern bestehender Netzwerkstrukturen, wobei über bewährte Gateways vorhandene Profibus-Installationen einfach eingebunden werden können. Mit diesem Plus an Flexibilität verschafft Profinet den zusätzlichen Freiraum, der für wirtschaftliche Umsetzung maßgeschneiderter Maschinen-, Anlagen- und Fertigungskonzepte in Zukunft noch mehr gefordert sein wird. Der Weg zu mehr Effizienz … … führt über Profinet. Das fängt an bei der Bündelung der Kommunikation von Prozess-, Diagnose- und Standard-IT-Daten über ein Kabel – für vertikale und horizontale Durchgängigkeit von der Leitebene bis ins Feld. Dadurch vereinfachte Installationen sparen Zeit, Verdrahtungs- und Schulungsaufwand und sind zudem leichter überschaubar. Profilspezifische Kommunikationsdienste wie Profisafe, Profidrive und Profienergy (s.u.) erfordern dabei keine zusätzliche Verkabelung. Profinet setzt die Gerätediagnose von Profibus fort und bietet darüber hinaus die Möglichkeit, modul- und kanalspezifische Diagnoseeinträge ohne Engineeringsystem auslesen und Fehler schnell lokalisieren zu können. Das ist sowohl vor Ort als auch aus der Ferne über eine VPN-Verbindung möglich, so z.B. mit den oben genannten Web-Tools. Netzdiagnoseinformationen wie verlorene Datenpakete oder Interface-Zustände sind u.a. über das bekannte Simple Network Managment Protocol (SNMP) abrufbar. Angesichts knapper werdender Ressourcen und steigender Energiepreise bekommt die Energieffizienz von Maschinen und Anlagen immer größere Bedeutung. Diese zu verbessern, ist das Ziel von Profienergy, eines herstellerneutralen Standards zum projektierbaren automatischen Abschalten von Verbrauchern oder Gruppen in Ruhezeiten über Profinet. Profienergy kann Messwerte und Statusinformationen von Geräten abfragen und ist somit die Basis für ein erweitertes Last-/Energiemanagement. Effizienz ist immer auch eine Frage einfacher, schneller und fehlerfreier Verkabelung von Teilnehmern zu industrietauglichen, dauerhaft zuverlässigen Netzen. Schnellmontagesysteme wie FastConnect von Siemens mit farbcodierten Leitungen und Steckern sowie voreingestellten Werkzeugen für die komfortable Vor-Ort-Konfektionierung ermöglichen es, dieses Ziel einfacher zu erreichen. Industrial-Ethernet-Switches auch in Feldgeräten tragen maßgeblich dazu bei, Netze robust und stabil zu machen, weil damit Störungen in einem Teil nicht das gesamte Netz beeinträchtigen. In EMV-kritischen Bereichen, beispielsweise im Umfeld von Schweißrobotern oder Transformatoren erhöhen Lichtwellenleiter die Stabilität. Im Fall der Fälle erleichtert Profinet den Austausch fehlerhafter Endgeräte durch automatisches Erkennen und Benennen neuer Geräte durch den IO-Controller, worauf diese automatisch die Parametrierung beziehen. Ergo ist dazu weder speziell geschultes Personal noch ein Engineeringtool erforderlich. Das hilft, Stillstandszeiten zu reduzieren und die Verfügbarkeit zu optimieren. Aus der Summe dieser, teilweise ausschließlich Profinet vorbehaltenen Features resultiert ein Plus an Effizienz. Die vorhandenen Ressourcen des Anwenders werden optimal ausgenutzt und die Verfügbarkeit seiner Maschinen und Anlagen gesteigert. Der Weg zu noch höherer Performance … …ist der Weg über Profinet. Performance ist nicht nur eine Frage von Geschwindigkeit, sondern auch von Präzision und Funktionalitäten. Schnelle Motion-Control-Anwendungen, z.B. verteilte Antriebsregelungen, erfordern einen präzisen, deterministischen Datenaustausch. Profinet mit IRT (Isochronous Realtime) realisiert dies durch Taktsynchronität. Wobei die verschiedenen Zyklusphasen (Eingabe, Übertragung im Netzwerk, Verarbeitung und Ausgabe) auch bei intensivem, parallelem Standard-Datenverkehr über TCP/IP präzise synchronisiert werden. Mit kürzeren, deterministischen Zykluszeiten bis 31,25µs (gemäß Profinet-Spezifikation V2.3) bei einem Jitter von unter 1µs werden Störeinflüsse präziser ausgeregelt und die Qualität des Prozesses/Produkts steigt. Das ist mehr als genug für die derzeitigen Anforderungen und bietet umfassende Leistungsreserven für die Zukunft (Bild 3). Die Mengengerüste Profibus-basierter Anlagen stoßen immer öfter an Grenzen, und es gibt keine Möglichkeiten, die Kommunikationslast z.B. durch Änderungen in der Topologie zu optimieren. Profinet-fähige Steuerungen, z.B. der Simatic-Baureihe von Siemens, können dagegen bis zu 256 Geräte verwalten und das Mengengerüst eines Netzwerks ist faktisch unbegrenzt erweiterbar. Mithilfe der Ethernet-Technologie mit vollduplex 100MBit/s sind mit Profinet in der Feldebene deutlich höhere Datenraten als mit etablierten Feldbussen zu erreichen. Hohe Performance zu ermöglichen ist eines – sie dauerhaft zu erhalten etwas anderes. Ein bewährter Ansatz, die Verfügbarkeit auch bei Ausfällen oder Störungen einzelner Teilnehmer hoch zu halten, ist es, neben wichtigen Komponenten auch die Übertragungsmedien redundant auszuführen. Profinet unterstützt dies in Form von Ringtopologien – über das neue Media Redundancy Protocol (MRP) direkt in den Endgeräten, auch ohne Industrial Ethernet Switches – worin Ausfälle einzelner Geräte keine Auswirkung auf die Anlagenverfügbarkeit haben. Um modulare Anlagen wie z.B. in der Automobilindustrie in kurzer Zeit produktionsbereit zu machen, ist ein schneller Hochlauf neu eingebundener Maschinen oder Anlagenteile gefordert. Dazu wurde die Funktion Fast Startup entwickelt, die Geräte in teilweise unter 500ms identifizieren und mit dem IO-Controller verbinden hilft. Die in entscheidenden Punkten oft um ein Vielfaches erweiterte und/oder erhöhte Performance von Profinet hilft Anwendern in praktisch allen Branchen dabei, die Produktivität und auch die Qualität ihrer Prozesse und Produkte weiter zu steigern. Mit Profinet auf Erfolgsspur Über drei Millionen Profinet-Knoten sind erst der Anfang – die Bandbreite der Geräte und Funktionalitäten nimmt immer weiter zu, immer mehr Hersteller springen auf den Zug auf. Profinet etabliert sich und trägt mit seiner Durchgängigkeit maßgeblich zu stabileren Kommunikations- und Automatisierungslösungen bei. Der Erfolg ist die Summe vieler innovativer Features und Möglichkeiten, die (wie bei Profibus) mit zunehmender Verbreitung in den kommenden Jahren zu weiteren Innovationen inspirieren und führen werden. Kasten: Profibus oder Profinet?
Siemens AG
