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Kommunikation 4.0

Leichter digitalisieren mit Profinet

| Autor/ Redakteur: Thomas Bartsch* / Anke Geipel-Kern

Die Prozessindustrie stellt an die industrielle Kommunikation hohe Anforderungen: Sicherer Austausch zyklischer und azyklischer Daten, Integration großer Mengengerüste, Überwindung weiter Distanzen, Echtzeitfähigkeit, Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen usw. Mit der Digitalisierung kommen weitere Herausforderungen hinzu, wie etwa höhere Datenübertragungsraten, flexiblere Architekturen und die Integration drahtloser Kommunikation. Der ethernetbasierte Standard Pofinet meistert alle Herausforderungen und überzeugt durch einfache Anwendung.

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Plug-and-Produce – basierend auf Profinet-Prinzip
Plug-and-Produce – basierend auf Profinet-Prinzip
(Bild: Siemens)

Wer heute einen Drucker in ein Büro-Netzwerk integriert, weiß die Vorteile moderner TCP/IP-Technologie zu schätzen. Nicht nur, dass dank WLAN bei der Datenübertragung heutzutage komplett auf Netzwerkkabel verzichtet werden kann, auch die Integration ist denkbar einfach. Entweder wird der Drucker mit einer festen IP-Adresse ausgeliefert, bekommt per DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) automatisch eine zugewiesen oder ein Webinterface erlaubt mit wenigen Mausklicks die Einbindung in die eigene Netzinfrastruktur.

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Damit ist der Drucker eindeutig für andere Netzwerkteilnehmer identifizierbar und einsatzbereit. Nun darf die Office-Welt nicht mit der Prozessautomatisierung gleichgesetzt werden, aber fragt man Anlagenbetreiber, so stehen eine vergleichbar einfache Inbetriebnahme von Feldgeräten oder der unkomplizierte Aufbau flexibler Netzarchitekturen in der Feldebene ganz weit oben auf der Wunschliste.

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Anwender, die diesen Komfort in der Feldebene schon heute erleben wollen, setzen auf Profinet (Process Field Network). Dieses offene Standardprotokoll auf Industrial-Ethernet-Basis kombiniert die Funktionalität von Profibus mit den Vorteilen ethernetbasierter Kommunikationstechnologie. Die Technik ist aus der Bürowelt ebenso wenig wegzudenken wie aus dem Privatleben und auch in der Fertigungsindustrie sowie im Maschinenbau hat sie sich längst bewährt.

Der Profinet-Standard folgt 100-prozentig der IEC-Norm 802.3 und arbeitet mit Übertragungsraten von 100 Mbit/s. Der Einsatz von Ethernet bedeutet zudem, dass man von Techniken wie der einfachen Einbindung von Webdiensten, intelligentem Netzwerkmanagement, durchgängiger Nutzung großer Datenmengen bis weit über die Leitwarte hinaus usw. profitieren kann. Neben all diesen Vorzügen zeichnet sich Profinet in einem Punkt ganz besonders für den Einsatz in verfahrenstechnischen Anlagen aus: Der einfachen Integration bestehender Feldbus-Technologien und somit dem Schutz von bereits getätigten Investitionen.

Die neue Flexibilität

Mit Einführung von Bussystemen wie beispielsweise Profibus vor rund 25 Jahren hat sich im Vergleich zur analogen 4...20-mA-Technik der Verkabelungsaufwand deutlich reduziert und die Integration von Feldgeräten wurde stark vereinfacht. Bei diesen und vielen weiteren Vorteilen, die Profibus bietet, ergeben sich aber auch Einschränkungen. So ist Profibus DP auf maximal 125 angeschlossene Slaves pro Segment begrenzt, verfügt nur über einen Datenkanal zwischen Master und Slave und die Datenübertragung liegt bei maximal 12 Mbit/s. Alarme, Meldungen und Statusinformationen werden alle mit derselben Priorisierung übermittelt und standardmäßig wird nur der Aufbau einfacher Linienstrukturen unterstützt.

Profinet bietet dagegen wesentlich mehr: Die Topologie ist vollkommen frei wählbar. Stern-, Baum-, Linien- oder Ringstrukturen sind möglich und so erlaubt Profinet die Ausbildung echter Netze. Für die Prozessindustrie ist die Ringtopologie besonders interessant. Durch das Schließen einer Linie zu einem Ring erfolgt der einfache Aufbau eines redundanten Kommunikationswegs ganz ohne zusätzliche Hardware. Wird ein Fehler, wie beispielsweise ein Kabelbruch, erkannt, so wird die Verbindung zu allen Teilnehmern des Segments durch stoßfreies Umschalten von Ring- auf Linienstruktur sicher gehalten.

Das zugrunde liegende Media Redundancy Protocol (MRP) ist nach IEC 62439 festgelegt und wird von Profinet voll unterstützt. Aber nicht nur die Topologie folgt den individuellen Anforderungen der Anlage. Für noch mehr Flexibilität sorgt der Einsatz diverser Übertragungsmedien. Neben Kupferkabeln können in Profinet-Architekturen Lichtwellenleiter und Industrial WLAN eingesetzt und miteinander kombiniert werden.

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