Mit über 31 Millionen installierten Knoten quer durch alle Branchen ist Profibus in den letzten 20 Jahren zum erfolgreichsten Feldbussystem der Welt avanciert. Als standardisierte Plattform kontinuierlich weiterentwickelt durch Profibus & Profinet International (PI) und getragen durch die Mitarbeit führender Hersteller, u.a. Siemens, und deren vielfältige Produkte. Ausgehend von der Büro-/IT-Welt hat sich daneben in den letzten Jahren die Industrial-Ethernet-Technologie mehr und mehr zur Plattform effizienter Systemintegration entwickelt, sodass sich immer mehr Anwender Profibus-Installationen wünschten, mit – drahtloser, auch fehlersicherer Kommunikation (Safety Integrated) – mehr als einem Master im gleichen Busabschnitt – Webserver-Eigenschaften – elektrischer Ringinstallation – mehr als 126 Verbindungen/Teilnehmern am gleichen Bus – grafischer Visualisierung und automatischer Erkennung der Topologie – Ansteuerung über den Namen, auch automatisch – sehr hoher Datenrate über große Distanzen, ohne separate Repeater und ohne Sorge um Geschwindigkeit, Anpassung, Reflexion, Kollision etc. – Übertragung großer Datenmengen (z.B. Datenbanken, Bilder, Dateien) über das gleiche Kabel – einfachem Energiemanagement und – vollständigem Zugang auf das gesamte Netz, auch aus der Ferne. Als logische Konsequenz der technologischen Evolution und der Entwicklungsarbeit von PI ist somit Profinet entstanden, der neue, die Vorteile beider Welten verbindende Standard (Bild 1). Auch Profinet ist längst weltweit etabliert und akzeptiert. Das unterstreichen zwischenzeitlich über drei Millionen installierte Knoten in unterschiedlichsten Industrien und Branchen. Das hat gute Gründe. Über die bewährten Funktionalitäten von Profibus hinaus bietet Profinet eine Fülle neuer Eigenschaften und erschließt damit Möglichkeiten und Vorteile, die sowohl Maschinen- und Anlagenbauer als auch Betreiber in ihren Zielen unterstützen. Bei vergleichbarer Benutzerfreundlichkeit und Offenheit (Bild 2) hebt sich Profinet von Profibus insbesondere ab durch deutlich höhere Flexibilität, erweiterte Diagnosemöglichkeiten und mehr Performance (siehe Tabelle 3). Neue Kommunikationskonzepte möglich Darüber hinaus ermöglicht die Profinet-Technologie in der industriellen Kommunikation neue, innovative und flexible Kommunikationskonzepte. Z.B. redundante, hochverfügbare Ringtopologien ohne zusätzliche Switches über das Media Redundancy Protocol (MRP) oder drahtlose – über das bekannte Profisafe-Profil auch fehlersichere – Kommunikation zwischen Anlagenteilen und/oder Bediengeräten. Die Funktion Shared Device ermöglicht die Anbindung eines IO-Devices oder Antriebs an mehrere IO-Controller, was nachträgliche Erweiterungen einfach und kosteneffizient gestaltet. Über die Funktion I-Device wird eine PN-fähige Steuerung zum intelligenten Controller und IO-Device zugleich und kann einerseits wie ein IO-Controller zu unterlagerten Geräten, andererseits aber auch mit überlagerten oder zentralen Steuerungen kommunizieren. Profinet ist außerdem eine wirtschaftliche, energiesparende Alternative, weil sich Verbraucher über das Profil Profienergy in unproduktiven Pausenzeiten automatisch ab- und rechtzeitig wieder einschalten lassen. Allen voran die Technologieführer in ihren Branchen setzen in immer mehr neuen Maschinen und auch im Rahmen von Großprojekten auf Profinet. So kommunizieren die diversen Automatisierungskomponenten, darunter auch Roboter, in zwei der weltweit größten und modernsten Fabriken für die Herstellung von Solarmodulen ausschließlich über Profinet. Wobei nicht vorrangig die Netzwerkgröße ausschlaggebend gewesen ist, sondern die Durchgängigkeit und Performance. Getrieben von den ständig steigenden Anforderungen der Fertigungsautomation wächst die Zahl der Automatisierungskomponenten mit Profinet-Funktionalität kontinuierlich und immer mehr Hersteller springen auf den fahrenden Zug auf. PI und die Technologietreiber aus der Automatisierungsbranche unterstützen die Entwicklung neuer Profinet-Geräte unter anderem mit Development Kits und Support. Das Angebot Profinet-fähiger Geräte wächst schnell und unterstützt längst vielfältigste Automatisierungsstrukturen in den unterschiedlichsten Branchen. Von der Lebensmittel- und Getränkeindustrie bis zur Stahlproduktion, von der Energie- bis zur Wasser- und Abwasserwirtschaft, vom Druck bis zur Logistik. Auch das Profinet-Portfolio von Siemens bietet alles für durchgängige Lösungen, es umfasst unter anderem SPS- und Motion-Control-Systeme in verschiedenen Leistungsklassen, IO-Devices, Antriebe, Motorstarter, Messsysteme, Bediengeräte, Identifikations- und Lesesysteme, Koppelmodule sowie maßgeschneiderte Netzwerksicherheitstechnik. \’Sanftanlauf\‘ problemlos möglich – Profibus ist weiter nutzbar Der Einstieg in die Profinet-Welt stellt aus technischer Sicht keine allzu hohen Anforderungen und erschließt bei gesamtheitlicher Betrachtung vielfältige Möglichkeiten zur Kostenoptimierung. So lassen sich bestehende, auf Profibus DP basierende Anlagen einfach auf den neuen Standard portieren, Schritt für Schritt in logischen, sinnvollen Teilen oder als Ganzes (siehe Kasten). Kernvorteil von Profinet, dem offenen Industrial-Ethernet-Standard ist, dass Prozess-, Sicherheits-, Präzisions-, Diagnose- und auch IT-Daten, wie normale TCP/IP-Telegramme, über ein und dasselbe Kabel übertragen werden, was die Installation und Verwaltung drastisch vereinfacht. Das Engineering erfolgt mit denselben Werkzeugen wie bei Profibus, basierend auf Simatic Step7, und erfordert kein tiefgreifendes IT-Know-how. Die Vorgehensweisen sind bekannt, sodass keine langwierige Schulung und Einarbeitung notwendig ist. Das Anwenderprogramm muss beim Übergang von Profibus auf Profinet nicht geändert werden. Für die Anbindung anderer Feldbussysteme (z.B. CAN-Bus, Interbus) gibt es eine Vielzahl sogenannter Proxies, die als Stellvertreter von Profinet-IO-Devices unter Profinet fungieren. Diese sind in den Profinet-Spezifikationen eindeutig definiert und auch standardisiert, das heißt keine spezifischen Sonderlösungen. Genauso ist an neuen Profinet-basierten Maschinen der Einsatz von Profibus-Komponenten ohne Einschränkungen möglich, sollten einzelne Profibus-DP-Slaves noch nicht in der Profinet-Version verfügbar sein. Der Umstieg kann \’sanft\‘ erfolgen, es gibt dafür verschiedene Möglichkeiten, wie spezielle Gateways für Aktoren und Sensoren auf dem Markt. Wichtig zu wissen: Auch wenn Profibus technologisch gesehen seine Grenzen erreicht hat und keine weiteren Entwicklungen mehr zu erwarten sind, wird es das Feldbussystem und Komponenten dafür auch in Zukunft weiterhin geben. Neue Entwicklungen und Innovationen werden natürlich vorrangig auf die neue Technologie mit Profinet ausgerichtet. Profinet wird bei neuen Komponenten die Standard-Schnittstelle sein, Profibus aber zumindest optional möglich bleiben, beispielsweise über spezielle Kommunikationsmodule oder Gerätevarianten. Wer profitieren will, der prüfe Wenn etwas Bewährtes durch Neues abgelöst wird, stellt sich immer die Frage, wann ist die neue Technologie praxisreif, wann der richtige Zeitpunkt für den Einstieg oder Wechsel gekommen und was setzt man wofür ein? Fragen, die sowohl bei Modernisierungen als auch neuen Projekten ein Blick auf die bereits in der Praxis realisierten Vorteile und Nutzen beantworten hilft. Diese sind so vielfältig wie die Anwendungen und lassen sich in die drei Kategorien Flexibilität, Effizienz und Performance einteilen. Ein entscheidender Vorteil von Profinet ist die deutlich höhere Performance, vor allem hinsichtlich Teilnehmerzahl, Übertragungsgeschwindigkeit und Diagnose. Die Ausdehnung von Netzwerken ist faktisch unbegrenzt. Und die Geschwindigkeit ist mit 100Mbit/s im Vollduplexbetrieb und mit paralleler Kommunikation über Switches bei Profinet um ein Vielfaches höher als bei Profibus mit 12Mbit/s im besten Fall (Bild 4). Die beiden von Profinet unterstützten Echtzeit-Übertragungsmodi, RT (Realtime) und IRT (Isochronous Realtime) mit Taktsynchronität, ermöglichen mit ihren deterministischen Taktzeiten hochdynamische Anwendungen, bis hin zu taktsynchronen Motion-Control-Anwendungen wie z.B. verteilte Antriebskopplung mit kürzesten Zykluszeiten. Das geht nur mit Profinet und erfüllt mühelos die Anforderungen praktisch aller heutigen Anwendungen. Und mit Zykluszeiten bis hinunter zu 31,25µs bietet der Profinet-Standard erhebliche Leistungsreserven für noch höhere Anforderungen. Resultate der damit höheren Regelgenauigkeit sind konstantere Produktqualität und/oder höhere Ausbringung. Erweiterte nutzbare Diagnosemöglichkeiten, lokal ebenso wie via Intranet und Internet, etwa über Webserver auf den Controllern, vereinfachen die Inbetriebnahme und tragen maßgeblich dazu bei, die Verfügbarkeit einer Maschine, Anlage oder Fabrik auf höchstem Niveau zu halten. Das bedeutet in aller Regel wiederum höhere Produktivität. So empfiehlt es sich, bei jedem anstehenden Automatisierungsprojekt die individuellen Anforderungen den vielfältigen Lösungsmöglichkeiten von Profinet gegenüberzustellen und dann zu entscheiden (Bild 5). In den meisten Fällen werden die Vorteile der neuen Technik überwiegen – auch bei Projekten mit geringerem Umfang. Netzwerksicherheit im Griff Die durchgängige vertikale Offenheit von der Feldebene bis zu Leitebene setzt gewisse Maßnahmen zum Schutz vor unberechtigten Zugriffen auf die Automatisierungsebene voraus. Diese sind in der Regel schon durch die Nutzung von Ethernet bekannt und selbstverständlich – wie die Verschlüsselung der WLAN-Kommunikation in Heimnetzwerken – und vielfach auch schon in der Feldebene existent. Viele für Industrial Ethernet verfügbare Komponenten sind auch in Profinet-Architekturen einsetzbar. So z.B. Switches der Scalance-Familie von Siemens in diversen Ausführungen (managed/unmanaged) und Security Modules für alle Ansprüche. Diese Geräte lassen sich größtenteils automatisiert und von zentraler Stelle, auch aus der Ferne, konfigurieren. Sie sind dadurch auch nach einem Austausch in kürzester Zeit wieder verfügbar. Kosten – Tendenz sinkend Die Investitionskosten amortisieren sich über die Lebensdauer einer Profinet-Installation hinweg schneller als bei anderen Netzwerksystemen durch die damit kürzere Inbetriebnahme, höhere Verfügbarkeit, Produktivität und/oder Qualität der Fertigung. Auch die mit Profienergy in Produktionspausen realisierbaren Energieeinsparungen tragen ihren Teil dazu bei. Mit weiter steigenden Gerätestückzahlen und (wie bei Profibus) wachsender Verbreitung zusätzlicher Funktionalitäten werden die Total Cost of Ownership (TCO) während des gesamten Lebenszyklus von Profinet-Anlagen noch deutlich sinken (Bild 6). Aktuelle Analysen von Siemens prognostizieren Einsparpotenziale von bis zu 40%. Die Zeit ist reif für Profinet Profinet ist einfach, effizient, performant und flexibel, bereits in vielen Anwendungen etabliert und die Zahl der Komponenten wächst ständig – damit ist die Technologie längst in der Praxis angekommen. Je früher der Umstieg zu Profinet erfolgt, umso schneller und intensiver werden die Nutzer von den vielfältigen Vorteilen profitieren. Die Hersteller bieten beim Umstieg vielfältige Unterstützung, angefangen bei der technischen Beratung über detaillierte Dokumentation und Richtlinien, bis hin zur fundierten Schulung und praktischen Anwendungsunterstützung. Kasten: Für jeden Anwender die richtige Umstiegsstrategie Mit einer Step-by-Step-Strategie lassen sich auch die betrieblichen Erfordernisse (Umstellung in produktionsschwächeren Zeiten, mehrere Maschinen/Linien nacheinander etc.) optimal berücksichtigen. Im einfachsten Fall setzt man eine überlagerte Steuerung mit Profinet-Schnittstelle an die Stelle der bisherigen Steuerung. Dann aktualisiert man die GSDML-Datei der PN-Geräte in HW-Konfig, tauscht im Feld die Kopfbaugruppen der dezentralen Peripherie aus und vernetzt die Anlagenteile per Profinetkabel untereinander.
Thematik: Allgemein
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