Profinet
Profinet (Process Field Network) ist der offene Industrial-Ethernet-Standard der PROFIBUS-Nutzerorganisation e. V. (PNO) für die Automatisierung. Profinet nutzt TCP/IP und IT-Standards, ist Echtzeit-Ethernet-fähig und ermöglicht die Integration von Feldbus-Systemen.
Das Konzept von Profinet ist modular aufgebaut, so dass der Anwender die Funktionalität selbst wählen kann. Diese unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Art des Datenaustauschs, um den Anforderungen an Geschwindigkeit gerecht zu werden.
Bei Profinet gibt es die beiden Sichtweisen Profinet IO und Profinet CBA:
- Profinet IO (Input - Output) ist für die Anbindung von dezentraler Peripherie an eine Steuerung (Controller) geschaffen worden. Für die unterschiedlichen Einsatzgebiete sind die verfügbaren Funktionen und Echtzeit-Eigenschaften in die drei Konformitätsklassen CC-A, CC-B und CC-C aufgeteilt.
- Profinet CBA (Component Based Automation) ist für die komponentenbasierte Kommunikation über TCP/IP und die Real-Time-Kommunikation für Echtzeitanforderungen im modularen Anlagenbau gedacht. Beide Kommunikationswege können parallel genutzt werden.
Profinet IO und Profinet CBA können zur gleichen Zeit am selben Bussystem kommunizieren. Sie können sowohl separat betrieben als auch kombiniert werden, so dass eine Teilanlage mit Profinet IO in der Anlagensicht als eine Profinet-CBA-Anlage erscheint.
Dezentrale Peripherie (Profinet IO)
Überblick
Profinet IO erlaubt die Anbindung von dezentraler Peripherie an einen Controller und kann somit als direkter Nachfolger von Profibus DP gesehen werden. Profinet IO beschreibt den gesamten Datenaustausch zwischen Geräten mit Steuerungs- oder Regelungs-Funktionalität als IO-Controller und den Feldgeräten als IO-Devices für den zyklischen Datenaustausch sowie die Parametrierung und Diagnose. Dazu verwendet Profinet IO Ethernet-basierte Protokolle, folgt dem Producer-/Consumer-Modell und eignet sich je nach Konformitätsklasse für Buszykluszeiten von mehreren ms bis zu 31,25 μs.
Feldgeräte in einem unterlagerten Feldbus-Strang können über einen IO-Proxy (Stellvertreter für ein unterlagertes Bussystem) in das Profinet-IO-System eingebunden werden. Damit können bestehende Profibus- oder Interbus-Systeme einfach in ein Profinet-IO-System eingebunden und weiterverwendet werden.
Konformitätsklassen
Die Anwendungen mit Profinet IO können in drei Klassen eingeteilt werden:
- In der Klasse A (CC-A) sind nur die eingesetzten Geräte zertifiziert. Für die Netzwerkinfrastruktur genügt ein Herstellerzertifikat. Darum kann auch eine Strukturierte Verkabelung oder für mobile Teilnehmer ein Wireless Local Area Network eingesetzt werden. Typische Anwendungen findet man in Infrastrukturbauten (z. B. Autobahn- oder Eisenbahntunnel) oder in der Gebäudeautomation.
- Die Klasse B (CC-B) schreibt vor, dass auch die Netzwerkinfrastruktur zertifizierte Produkte umfasst und nach den Richtlinien von Profinet IO aufgebaut ist. Geschirmte Kabel erhöhen die Robustheit und Switches mit Managementfunktionen erleichtern die Netzwerkdiagnose und erlauben das Erfassen der Netzwerktopologie wie dies für die Kontrolle einer Fertigungslinie oder Maschine erwünscht ist. Die Prozessautomation verlangt eine erhöhte Verfügbarkeit, die durch eine Medien- und Systemredundanz erreicht werden kann.
- Mit der Klasse C (CC-C) können mit einer zusätzlichen Bandbreitenreservierung und der Synchronisation der Anwendungen Positioniersysteme realisiert werden.
| Anforderungen | Klasse A (CC-A) | Klasse B (CC-B) | Klasse C (CC-C) |
|---|---|---|---|
| Basisfunktionen |
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| Zertifizierung |
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| Verkabelung |
nach IEC 61784-5-3 und IEC 24702
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nach IEC 61784-5-3
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nach IEC 61784-5-3
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| Typischer Einsatz |
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Gerätetypen
Ein Profinet-IO-System wird aus den folgenden Geräten zusammengesetzt:
- IO-Controller ist eine Steuerung, die die Automatisierungsaufgabe kontrolliert.
- IO-Device ist ein Feldgerät, das von einem IO-Controller kontrolliert und gesteuert wird. Ein IO-Device besteht aus mehreren Modulen und Submodulen. Die Submodule enthalten die einzelnen Eingangs- und Ausgangssignale zum Prozess.
- IO-Supervisor ist ein Entwicklungs-Werkzeug, typischerweise basierend auf einem PC, um die einzelnen IO-Devices zu parametrieren und diagnostizieren.
Systemaufbau
Ein minimales Profinet-IO-System besteht aus mindestens einem IO-Controller, der ein oder mehrere IO-Devices kontrolliert. Zusätzlich können optional ein oder mehrere IO-Supervisoren für das Engineering der IO-Devices bei Bedarf temporär zugeschaltet werden.
Sind zwei IO-Systeme in demselben IP-Netzwerk, können die IO-Controller sich auch ein Eingangssignal als shared-input teilen, in dem sie auf dasselbe Submodul in einem IO-Device lesend zugreifen. Dies vereinfacht die Kombination einer SPS mit einer getrennten Sicherheitssteuerung oder einer Bewegungsregelung. Ebenso kann ein ganzes IO-Device als shared-device geteilt werden, in dem einzelne Submodule eines IO-Device unterschiedlichen IO-Controllern zugeordnet werden.
Jedes Automatisierungsgerät mit einer Ethernetschnittstelle kann gleichzeitig die Funktionalität eines IO-Controllers und eines IO-Devices erfüllen. Wenn nun eine Steuerung für eine Partnersteuerung als IO-Device auftritt und gleichzeitig als IO-Controller seine Peripherie kontrolliert, ist eine Koordination der Aufgaben zwischen Steuerungen ohne zusätzliche Geräte realisierbar. Damit dieser „Controller to Controller (C2C)“-Datenaustausch auch herstellerübergreifend einfach hergestellt werden kann, wird das Engineering einer C2C-Kommunikation in einem Profil genauer festgelegt.
Für die Erhöhung der Verfügbarkeit kann mit Profinet auch eine Systemredundanz realisiert werden. In diesem Fall werden zwei IO-Controller, die dieselben IO-Device kontrollieren, konfiguriert. Der aktive IO-Controller markiert seine Ausgangsdaten als primary. Nicht markierte Ausgangsdaten werden in einem redundanten IO-System von einem IO-Device ignoriert. Damit kann im Fehlerfall der zweite IO-Controller durch Markieren seiner Ausgangsdaten als primary unterbrechungsfrei die Kontrolle über alle IO-Devices übernehmen. Wie die beiden IO-Controller ihre Aufgabe synchronisieren ist bei Profinet nicht festgelegt und wird von den verschiedenen Herstellern die redundante Steuerungssysteme anbieten unterschiedlich realisiert.
Beziehungen
Zwischen einem IO-Controller und einem IO-Device wird eine Application-Relation (AR) aufgebaut. Über diese AR werden Communication-Relations (CR) mit unterschiedlichen Eigenschaften festgelegt:
- Record Data CR für den azyklischen Parametertransfer
- IO Data CR für den zyklischen Prozessdatenaustausch
- Alarm CR für die Signalisation von Alarmen in Echtzeit
Zyklische Daten (IO Data CR): Der Inhalt des zyklischen Datenverkehrs sind die Daten, die die Zentraleinheit an die Peripheriegeräte schickt, damit sie an den Ausgängen ausgegeben werden können sowie die Daten, die ein Peripheriegerät an seinen Eingängen einliest und zur Verarbeitung an die Zentraleinheit schickt. In der Regel geht also in jedem Zyklus ein solches „zyklisches“ Datenpaket von der Zentraleinheit an das Peripheriegerät und umgekehrt.
Die Basis hierfür ist ein kaskadierbares Real-Time-Konzept, d. h. für jede zyklische CR kann eine unterschiedliche Zykluszeit festgelegt werden. Der zyklische Datenverkehr kann je nach Anforderung in zwei Klassen eingeteilt werden: Datenaustausch ohne oder mit Taktsynchronität. Im landläufigen Sprachgebrauch wird Datenaustausch ohne Taktsynchronität auch als „RT“ (Real Time) bezeichnet, Datenaustausch mit Taktsynchronität auch als „IRT“ (Isochronous Real Time).
Für die zyklischen Daten wird bei Profinet eine möglichst effiziente Übertragung im Hinblick auf die Bandbreite angestrebt. Deshalb setzt der zyklische Verkehr direkt auf der Ebene der MAC-Adressen auf und enthält keine IP-Adressen, um die Headerlänge des Datenpakets (und damit auch die Gesamtlänge) kleinzuhalten. Da die Automatisierungsaufgaben für Profinet IO in aller Regel lokal begrenzt sind (eine Maschine/Anlage), kann man den Verlust der Routingfähigkeit, den man durch den Verzicht auf IP-Headerinformationen in Kauf nimmt, verschmerzen.
Azyklische Parameterdaten (Record Data CR): Daneben gibt es im Datenaustausch zwischen Zentraleinheit und Peripheriegerät auch den azyklischen Datenverkehr, der für Ereignisse genutzt wird, die sich nicht ständig wiederholen. Beispiele für azyklischen Datenverkehr sind das Senden von Parametrierungs- und Konfigurationsdaten beim Anlauf eines Peripheriegeräts an das Gerät oder das Senden einer Diagnosemeldung vom Peripheriegerät zur Zentraleinheit im laufenden Betrieb.
Azyklische Daten nutzen das UDP/IP-Protokoll.
Azyklische Alarmdaten (Alarm CR): Alarme sind spezielle azyklische Nachrichten die bei Bedarf vom Peripheriegerät an den Controller übertragen werden. Diese sind zeitkritisch und werden somit wie die zyklische Daten direkt über Ethernet übertragen. Im Gegensatz zu den zyklischen Daten müssen diese aber vom Empfänger bestätigt werden.
Engineering
Das Projektieren eines IO-Systems ist vom „look and feel“ nahezu identisch wie bei Profibus gehalten:
- Die Eigenschaften eines IO-Devices werden vom Gerätehersteller in einer GSD-Datei (General Station Description) beschrieben. Als Sprache hierfür wird die GSDML (GSD Markup Language) – eine XML-basierte Sprache – verwendet. Die GSD-Datei dient einer Entwicklungsumgebung als Grundlage für die Planung der Konfiguration eines Profinet-IO-Systems.
- Alle Profinet-Feldgeräte ermitteln ihre Nachbarn. Somit können Feldgeräte ohne zusätzliche Hilfsmittel und Vorkenntnisse im Fehlerfall getauscht werden. Durch Auslesen dieser Informationen kann die Anlagentopologie zur besseren Übersichtlichkeit grafisch dargestellt werden.
- Durch Unterstützung des Tool Calling Interfaces (TCI) kann sich jeder Feldgeräte-Hersteller in eine beliebige TCI-fähige Entwicklungsumgebung einklinken und „seine“ Feldgeräte parametrieren und diagnostizieren ohne die Entwicklungsumgebung verlassen zu müssen. Individuell eingestellte Daten können herstellerübergreifend geladen (bspw. über TCI) und in einem Parameter-Server automatisch archiviert werden. Das Nachladen erfolgt beim Gerätetausch ebenfalls automatisch.
Technologie
Die Funktionalitäten des Profinet IO werden mit unterschiedlichen Technologien und Protokollen realisiert:
| Funktionalität | Technologie/Protokoll | CC-A | CC-B | CC-C |
|---|---|---|---|---|
| Zyklischer Datenaustausch | RT | zwingend | zwingend | zwingend |
| Azyklische Parameterdaten | Read/Write Record | zwingend | zwingend | zwingend |
| Gerätediagnose, Alarme | Alarmhandling | zwingend | zwingend | zwingend |
| Geräteidentifizierung | I&M 0 | zwingend | zwingend | zwingend |
| Topologieinformation | LLDP | zwingend | zwingend | zwingend |
| Mehrfachzugriff auf Eingänge | Shared Input | optional | optional | optional |
| Aufteilung von Gerätefunktionen auf Steuerungen | Shared Device | optional | optional | optional |
| Erweiterte Geräteidentifizierung | I&M 1-4 | optional | optional | optional |
| Direkter Datenaustausch | Querverkehr | optional | optional | optional |
| Netzwerkdiagnose | SNMP | - | zwingend | zwingend |
| Portbezogene Statistik | PDEV | - | zwingend | zwingend |
| Systemredundanz | 2 Controller | - | zwingend | optional |
| Automatische Adressierung | LLDP,DCP | - | optional | optional |
| Konfigurationsänderung im Betrieb | CiR | - | optional | optional |
| Zeitstempelung von Prozessdaten | IEC 61588 | - | optional | optional |
| Medienredundanz | MRP | - | optional | optional |
| Schneller Wiederanlauf | FSU | - | optional | optional |
| Bandbreitenreservation > 250 μs Zykluszeit | IRT | - | - | zwingend |
| Bandbreitenreservation < 250 μs Zykluszeit | IRT | - | - | optional |
| Taktsynchronität | IRT | - | - | optional |
| Optimierte Betriebsart | DFP | - | - | optional |
| Mediaredundanz ohne Latenzzeit | MRRT (MRPD) | - | - | optional |
Profinet-Protokolle
| OSI-Schicht (de) | OSI-Schicht (en) | Profinet | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7a | Anwendung | Application | IO-Dienste & -Protokolle | CBA-Dienste & -Protokolle | ||
| 7b | leer | RPC | DCOM & RPC | leer | ||
| 6 | Darstellung | Presentation | -- | -- | ||
| 5 | Sitzung | Session | ||||
| 4 | Transport | Transport | UDP | TCP | ||
| 3 | Netzwerk | Network | IP, ARP, SNMP, DHCP | |||
| 2 | Sicherung | Data Link | CSMA/CD, VLAN, DCP, MRP, MRRT (MRPD), LLDP | |||
| 1 | Bitübertragung | Physical | 100BASE-TX, 100BASE-FX | |||
Profinet verwendet die folgenden Protokolle:
Ethernet: Nur Full-Duplex mit 100 MBit/s elektrisch (100BASE-TX) oder optisch (100BASE-FX) nach IEEE 802.3 sind als Geräteanschluss erlaubt. Autocrossover ist für alle Anschlüsse obligatorisch damit auf den Einsatz von gekreuzten Kabeln verzichtet werden kann. Aus IEEE 802.1Q wird das VLAN mit Priority Tagging verwendet. Alle Echtzeitdaten erhalten damit die größtmögliche Priorität 6 und werden darum mit einer minimalen Verzögerung von einem Switch weitergeleitet.
Das Profinet-Protokoll kann mit jedem Ethernet-Analysewerkzeug aufgezeichnet und dargestellt werden. Wireshark decodiert in der aktuellen Version auch die Profinet-Telegramme.
Das Media Redundancy Protocol (MRP) erlaubt den Aufbau einer redundanten, protokollunabhängigen Ringtopologie mit einer Umschaltzeit unter 50 ms. Für redundante Ringschaltungen ohne Zeitverzögerung im Fehlerfall muss das Media Redundancy Real-Time Protocol (MRRT) verwendet werden.
Das Link Layer Discovery Protocol (LLDP) ist mit zusätzlichen Parametern erweitert worden, so dass neben der Erkennung der Nachbarn auch die Laufzeit der Signale auf den Verbindungsleitungen mitgeteilt werden kann.
Internet: Für den Verbindungsaufbau und die azyklischen Dienste wird das Internet Protocol (IP) verwendet. Das Address Resolution Protocol (ARP) wird dazu mit der Erkennung von doppelten IP-Adressen erweitert. Für die Vergabe der IP-Adressen wird obligatorisch das Discovery and basic Configuration Protocol (DCP) eingesetzt. Optional kann dazu auch DHCP eingesetzt werden.
Für den Aufbau und die Verwaltung von Verbindungen wird das bekannte „Remote Procedure Call (RPC)“-Protokoll eingesetzt. Bei CBA werden dabei die „Distributed Component Object Model (DCOM)“-Objekte verwendet.
Profinet-Protokolle und -Dienste: Um diese Funktionen zu erreichen sind verschiedene Protokollstufen definiert:
- Die TCP/IP Protokolle für Profinet CBA mit Reaktionszeiten im Bereich von 100 ms
- Das RT (Real-Time) Protokoll für Profinet CBA und Profinet IO der Klassen A & B, Anwendungen mit typisch 10 ms Zykluszeiten
- Das IRT (Isochronous Real-Time) Protokoll für Profinet IO der Klasse C, Anwendungen bei der Antriebstechnik mit Zykluszeiten unter 1 ms
Funktionalitäten der Klasse A (CC-A)
Die Grundfunktion des Profinet IO ist der zyklische Datenaustausch zwischen dem IO-Controller als Produzent und mehreren IO-Devices als Konsumenten der Ausgangsdaten (englisch Output-Data) und der IO-Devices als Produzenten und dem IO-Controller als Konsument der Eingangsdaten (englisch Input-Data). Jede Kommunikationsbeziehung IO data CR zwischen dem IO-Controller und einem IO-Device definiert die Anzahl der Daten und die Zykluszeiten.
Alle Profinet-IO-Geräte müssen die Gerätediagnose und die sichere Übertragung der Alarme über die Kommunikationsbeziehung für Alarme Alarm CR unterstützen.
Zusätzlich können mit jedem Profinet-Gerät über die azyklische Kommunikationsbeziehung Record Data CR Geräteparameter gelesen und geschrieben werden. Der Datensatz für die eindeutige Identifikation eines IO-Device, die Identification and Maintenance Data Set 0 (I&M 0), muss von allen Profinet-IO-Geräten zwingend eingebaut werden. Optional können weitere Informationen in einem normierten Format als I&M 1-4 abgelegt werden.
Für die Echtzeitdaten (zyklische Daten und Alarme) werden die Profinet-RT-Telegramme direkt über Ethernet übertragen. Für die Übertragung der azyklischen Daten wird UDP/IP verwendet.
Funktionalitäten der Klasse B (CC-B)
Neben den Grundfunktionen der Klasse A müssen Geräte der Klasse B zusätzliche Funktionalitäten unterstützen. Diese Funktionalitäten unterstützen vor allem die Inbetriebnahme, den Betrieb und den Unterhalt eines Profinet-IO-Systems und sollen die Verfügbarkeit des Profinet-IO-Systems erhöhen.
Zwingend erforderlich ist die Unterstützung der Netzwerkdiagnose mit dem Simple Network Management Protocol (SNMP). Ebenso muss das Link Layer Discovery Protocol (LLDP) zur Nachbarschaftserkennung inklusive der Erweiterungen für Profinet von allen Geräten der Klasse B unterstützt werden. Dazu gehört auch das Sammeln und zur Verfügung stellen von Ethernet-Port bezogener Statistik für den Netzwerkunterhalt. Mit diesen Mechanismen kann die Topologie eines Profinet-IO-Netzwerkes jederzeit ausgelesen und der Zustand der einzelnen Verbindungen überwacht werden. Bei einer bekannten Netzwerktopologie kann eine automatische Adressierung der Teilnehmer über ihre Position in der Topologie aktiviert werden. Dies vereinfacht beim Unterhalt den Gerätetausch erheblich, da keine Einstellungen mehr vorgenommen werden müssen.
Speziell für Anwendungen in der Prozessautomation und Verfahrenstechnik ist eine hohe Verfügbarkeit des IO-Systems wichtig. Darum sind für Geräte der Klasse B mit den vorhandenen Beziehungen und Protokollen spezielle Abläufe definiert worden. Damit kann eine Systemredundanz mit zwei IO-Controllern, die gleichzeitig auf dieselben IO-Devices zugreifen, realisiert werden. Zusätzlich gibt es einen vorgeschriebenen Ablauf Configuration in Run (CiR), wie man mit der Hilfe dieser redundanten Beziehungen die Konfiguration eines IO-Device verändern kann, ohne die Kontrolle über das IO-Device zu verlieren.
Das optionale Media Redundancy Protocol (MRP) erlaubt den Aufbau einer redundanten Ringtopologie mit einer Umschaltzeit unter 50 ms.
Funktionalitäten der Klasse C (CC-C)
Für die Funktionalitäten der Conformance Class C (CC-C) wird vor allem das Isochronous-Real-Time (IRT) Protokoll eingesetzt.
Mit der Bandbreitenreservierung wird ein Teil der verfügbaren Übertragungsbandbreite von 100 MBit/s exklusiv für die Echtzeitaufgaben reserviert. Dabei wird ein Verfahren ähnlich einem Zeitmultiplexverfahren eingesetzt. Die Bandbreite wird in feste Zykluszeiten eingeteilt, die wiederum in Phasen aufgeteilt werden. Die rote Phase ist exklusiv für Echtzeitdaten der Klasse C reserviert, in der orangen Phase werden die zeitkritischen Meldungen übertragen und in der grünen Phase werden die weiteren Ethernet-Meldungen transparent durchgeleitet. Damit maximale Ethernet-Telegramme noch transparent durchgeleitet werden können, muss die grüne Phase mindestens 125 μs lang sein. Somit sind Zykluszeiten unter 250 μs in Kombination mit unverändertem Ethernet nicht möglich.
Um kürzere Zykluszeiten von bis zu 31,25 μs zu erreichen, werden als Option die Ethernet-Telegramme der grünen Phase in Fragmente zerlegt. Diese kurzen Fragmente werden nun über die grüne Phase übertragen. Dieser Mechanismus der Fragmentierung ist für die anderen Teilnehmer am Ethernet transparent und somit nicht erkennbar.
Für die Realisierung dieser Buszyklen für die Bandbreitenreservation braucht es eine genaue Uhrensynchronisation aller beteiligten Geräte inklusive der Switch mit einer maximalen Abweichung von 1 μs. Diese Uhrensynchronisation wird mit dem Precision Time Protocol (PTP) nach der Norm IEC 61588 realisiert. Alle an der Bandbreitenreservation beteiligten Geräte müssen somit in derselben Zeitdomäne sein.
Für Anwendungen der Lageregelung für mehrere Achsen oder für Positioniervorgänge nach dem Antriebsprofil PROFIdrive muss nicht nur die Kommunikation zeitgerecht erfolgen, sondern auch die Aktionen der verschiedenen Antriebe an einem Profinet müssen koordiniert und synchron erfolgen. Die Taktsynchronisation des Anwendungsprogrammes auf den Buszyklus erlaubt es Kontrollfunktionen zu realisieren, die synchron auf verteilten Geräten ausgeführt werden.
Wenn mehrere Profinet-Geräte in einer Linie (Daisy Chain) angeschlossen sind, besteht die Möglichkeit den zyklischen Datenaustausch mit dem Dynamic-Frame-Packing (DFP) weiter zu optimieren. Zu diesem Zweck legt der Controller alle Ausgangsdaten für alle Devices in einen einzigen IRT-Frame. Jedes Device nimmt am vorbeikommenden IRT-Frame die für das Device bestimmten Daten heraus, der IRT-Frame wird also immer kürzer. Für die Daten von den verschiedenen Devices zum Controller wird der IRT-Frame dynamisch zusammengesetzt. Die große Effizienz des DFP liegt darin, dass der IRT-Frame immer nur so umfangreich wie notwendig ist und die Daten vom Controller zu den Devices gleichzeitig mit den Daten von den Devices zum Controller in Vollduplex übertragen werden können.
Realisierung
Für die Realisierung einer Profinet-Schnittstelle als Controller oder Device werden für Profinet IO (CC-A und CC-B) und für Profinet CBA keine zusätzlichen Anforderungen an die Hardware gestellt, die nicht mit einer üblichen Ethernet-Schnittstelle (100BASE-TX oder 100BASE-FX) erfüllt werden können. Um eine einfachere Linientopologie zu ermöglichen wird der Einbau eines Switches mit 2 Ports in ein Device empfohlen.
Für die Realisierung der Geräte der Klasse C (CC-C) ist eine Erweiterung der Hardware mit einer Zeitsynchronisation mit dem Precision Time Protocol (PTP) und den Funktionalitäten der Bandbreitenreservation erforderlich.
Die Methodik der Realisierung ist abhängig von der Bauform und dem Leistungsumfang des Gerätes und den erwarteten Stückzahlen. Die Alternativen sind
- Entwicklung im eigenen Hause oder bei einem Dienstleister
- Verwendung fertiger Bausteine oder individuelles Design
- Ausführung in fixem Design ASIC oder rekonfigurierbar in FPGA-Technologie oder als Softwaremodul.
Profinet-Komponenten-Modell (Profinet CBA)
Ein Profinet CBA (CBA = Component Based Automation) System besteht aus verschiedenen Automatisierungskomponenten. Eine Komponente umfasst alle mechanischen, elektrischen und informationstechnischen Größen. Die Komponente kann mit den üblichen Programmierwerkzeugen erstellt worden sein.
Zur Beschreibung einer Komponente wird eine Profinet Component Description(PCD)-Datei in XML erstellt. Ein Planungswerkzeug lädt diese Beschreibungen und erlaubt die Erstellung der logischen Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten zur Realisierung einer Anlage.
Dieses Modell ist von der aktuellen Norm IEC 61499 beeinflusst.
Der Grundgedanke von Profinet CBA ist, dass man in vielen Fällen eine gesamte Automatisierungsanlage in autonom arbeitende – und damit überschaubare – Teilanlagen gliedern kann. Der Aufbau und die Funktionalität können sich durchaus in mehreren Anlagen in identischer oder leicht modifizierter Form wiederfinden. Solche sogenannten Profinet-Komponenten sind normalerweise durch eine überschaubare Anzahl von Eingangssignalen gesteuert. Innerhalb der Komponente führt ein vom Anwender geschriebenes Steuerprogramm die erforderliche Funktionalität aus und gibt die entsprechenden Ausgangssignale an eine andere Steuerung. Der damit verbundene Entwicklungsvorgang ist herstellerunabhängig. Die Kommunikation eines komponenten-basierten Systems wird projektiert statt programmiert. Die Kommunikation mit Profinet CBA (ohne Real-Time) ist für Buszykluszeiten von ca. 50 bis 100 ms geeignet. Im parallel angeordneten RT-Kanal sind Datenzyklen wie bei Profinet IO möglich (ein paar ms).
Organisation
Profinet wird durch Profibus & Profinet International (PI) definiert, vom Interbus Club unterstützt und ist seit 2003 Teil der Normen IEC 61158 und IEC 61784-2.
Siehe auch
- Echtzeit-Ethernet
- Industrial Ethernet
- PROFIenergy, das Profil mit Profinet für Energiemanagement in Produktionsanlagen
- PROFIdrive, das Profil für Antriebsgeräte
Literatur
- Manfred Popp: Industrielle Kommunikation mit PROFINET. PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (Best.-Nr. 4.181).
- Manfred Popp: Das PROFINET IO-Buch. Grundlagen und Tipps für Anwender. Heidelberg, Hüthig 2005, ISBN 3-7785-2966-8.
- Mark Metter, Raimond Pigan: PROFINET - Industrielle Kommunikation auf Basis von Industrial Ethernet Grundlagen. 2. Auflage. Publicis Corp. Publ., Erlangen 2007, ISBN 3-89578-293-9.
- Profinet-Systembeschreibung (PDF; 7 verschiedene Sprachen)
Weblinks
- PI: Profinet Beschreibung, Informationen zu Profinet (englisch)
- PI: Profinet Fallstudien, Beispiele aus aller Welt, wo Profinet eingesetzt wird (englisch)
- PI Nordamerika: Profinet & Industrial Ethernet, systematische Informationen zu Profinet als Industrial-Ethernet-Lösung (englisch)
- Youtube: Profinet Film, animiertes Erklärvideo zu den grundlegenden Netzwerkeigenschaften und -parametern (deutsch)