Profinet Antriebsbus und Universalbus zugleich

PI (Profibus & Profinet International) gilt als Treiber der modernen Antriebstechnik. Das schließt jetzt auch Profinet ein und steigert dessen Attraktivität weiter.

Anbieter zum Thema

Maxon Motor GmbH

Weidmüller Deutschland

SMC Deutschland GmbH

Siemens AG

Vor Jahren wurden unter „Antriebstechnik“ Frequenzumrichter oder Servoverstärker verstanden, die einen Motor nach einem Drehzahlsollwert steuern. Motor, Umrichter, Geber und Regler waren Teile des Antriebs, während über die Steuerung lediglich Sollwertvorgabe und Istwertkontrolle abgewickelt wurden. Zusätzliche Funktionen wie Sicherheitstechnik mussten über separate Überwachungssysteme realisiert werden.

Mit Profibus wurde alles einfacher

Mit der Einführung von Profibus zur Feldbuskommunikation und der Entwicklung von Profidrive als skalierbarem Geräteprofil für Antriebe wurde alles einfacher: Signale der dezentralen Peripherie konnten zyklisch in die Steuerung eingelesen bzw. von dort ausgegeben werden, während die nachfolgend eingeführte azyklische Kommunikation die gesonderte Schnittstelle für Parametrierung und Inbetriebnahme überflüssig machte. Schließlich ersetzte der Querverkehr auch die Schnittstelle zwischen den Antrieben durch eine einzige Schnittstelle am Antrieb.

Mit zusätzlicher Sicherheitstechnik

Die Antriebstechnik nach 2010 erweiterte ihren Wirkungsbereich ganz wesentlich, als der gemeinsame Betrieb der Profile Profidrive, Profisafe und Profienergy realisiert wurde und damit die klassischen Antriebsfunktionen mit zusätzlichen Applikationen aus Sicherheitstechnik und Energie-Management vereint werden konnten.

Für die entsprechenden vertikal und horizontal ablaufende Beziehungen gilt: In der Ebene der Steuerungen finden sich neben der Antriebssteuerung solche für Energieeffizienz und Sicherheit und im Antrieb neben den Antriebsfunktionen solche für Energiemanagement und Sicherheitstechnik. Der Antrieb wird damit zu einer Plattform für verschiedene Automatisierungsfunktionen, und die ehemals einfache Feldbusschnittstelle mutiert zu einem multifunktionalen Kommunikationsknotenpunkt zwischen den verteilten Automatisierungsfunktionen.

Industrial Ethernet mit Profinet

Als neueste Weiterentwicklung schließlich ersetzen heute Industrial-Ethernet-Systeme – allen voran Profinet – den Feldbus in seiner Rolle als universell einsetzbaren Automatisierungsbus. Das bringt gerade für die Antriebstechnik erhebliche Leistungssteigerungen dank verkürzter Zykluszeiten, vereinfachter Vernetzung mit höheren Ebenen, Nutzung von Web-Technologien u.v.a.

Industrial Ethernet ist in der Automatisierungstechnik zur Vernetzung in der Steuerungsebene und Anbindung an höhere Ebenen schon seit Jahren ein akzeptierter Standard; anders auf der Ebene der Antriebe und Feldgeräte: Hier ist noch immer die Feldbustechnik mit ihren verschiedenen Bustechnologien wie Profibus DP im Einsatz, wobei für Ablauf- und Antriebssteuerungen gelegentlich sogar noch spezielle Systeme zu finden sind.

PI-Technologie spielt wichtige Rolle

Allerdings ist auch hier ein Wandel erkennbar: In der Antriebsebene finden jetzt angesichts des damit verbundenen zusätzlichen Anwendernutzens zunehmend Lösungen auf der Basis von Industrial Ethernet Verbreitung.

Und wieder spielen die PI-Technologien in der Automatisierung eine wegweisende Rolle:

• Das mit seinen Applikationsklassen alle Anwendungen abdeckende Profil Profidrive wurde bereits 2005 zum Betrieb an Profinet ertüchtigt und kann seither ohne inhaltliche Änderungen an Profibus und Profinet genutzt werden. Das macht den Weg frei für Antriebshersteller, ihre bisher mit Profidrive ausgerüsteten Geräte zukünftig an Profinet zu betreiben.

• Profinet reicht – bei exakt deterministischem Verhalten – mit seinen skalierbaren Zykluszeiten bis herab zu 31,25 µs, was die Anforderungen auch der anspruchvollsten Applikationen der Antriebstechnik und von Motion Control erfüllt.

• Die Kommunikation über Profinet ist deterministisch mit einem Jitter <1 µs, und sie gewährleistet damit höchste Präzision der ausgeführten Funktionen.

• Profinet ist „100 Prozent Ethernet“ und unterstützt TCP/IP und damit die ungehinderte Nutzung von Web-Technologien.

• Die Offenheit von Profinet bildet die Basis für ein durchgängiges und einheitliches Automatisierungsnetz in Maschinen und Anlagen mit der Möglichkeit, auch gewöhnliche Ethernet-Geräte anschließen zu können.

Alle Funktionen über eine Bustechnologie betreiben

All das erfüllt auch höchste Anforderungen der Antriebstechnik und bezieht sich doch „nur“ auf Standardeigenschaften von Profinet; das belegt die Aussage: „Profinet ist der perfekte Antriebsbus und zugleich der Universalbus der Automatisierungstechnik“.

Das führt direkt zu der für Anlagenbetreiber äußerst wichtigen Eigenschaft, alle Funktionen ihrer Anlage einschließlich älterer Systeme über eine einzige Industrial Ethernet-Bustechnologie betreiben zu können. Für Gerätehersteller steht eine kostengünstige und aufwandsarme Lösung zur Implementierung des Profils Profidrive zur Verfügung. Unter Begleitung durch PI haben namhafte Hersteller von Antriebsgeräten und Technologiekomponenten ein Community-Projekt „Referenzimplementierung Profidrive-Profile“ gegründet.

Projektziel ist unter anderem die Unterstützung für Antriebshersteller durch die kostenlose Bereitstellung des Quellcodes einer Standardimplementierung von Profidrive, sowie Hilfe bei der Integration des Quellcodes bis hin zur Zertifizierung. Damit können Gerätehersteller die Implementierung des Busprotokolls für Antriebe, nämlich Profidrive, wesentlich schneller und kostengünstiger vornehmen.

Unterstützung beim Umstieg auf Profinet

Die beteiligten Hersteller von Technologiekomponenten und Development-Kits werden den erwähnten Quellcode in ihre Produkte integrieren und damit eine weitere Unterstützung für Gerätehersteller bieten.

Für Anlagen- und Maschinenbetreiber ist ein möglichst einfacher Umstieg von Profibus auf Profinet von großer Bedeutung. Ab der in 2005 veröffentlichten Version 4.0 kann das Antriebsprofil Profidrive ohne Änderung an der Applikationsprogrammierung sowohl zusammen mit Profibus als auch mit Profinet eingesetzt werden.

Eine Dopplenutzung ist möglich

Damit wurde die Anforderung aus dem Maschinenbau nach einer einfachen und kostengünstigen Möglichkeit erfüllt, Antriebe mit unveränderter Profilimplementierung auf beiden Kommunikationssystemen betreiben zu können. Diese Doppelnutzung wird möglich, da die Architektur von Profidrive streng zwischen den kommunikationsunabhängigen Funktionen (das ist vor allem die Applikation) und der verwendeten Kommunikationstechnik unterscheidet. Damit wird der Betrieb einer Applikation sowohl mit Profibus als auch Profinet möglich.

Reserven für künftige Anforderungen

Performance in der Antriebstechnik heißt unter anderem exakte Bewegungssteuerung und deterministische Gerätesynchronisierung. Das sind Voraussetzungen für höchste Produktqualität und Wettbewerbsfähigkeit. Antriebstechnik mit Profinet liefert dafür die Leistungsdaten mit reichlich Reserven für künftige Anforderungen.

Immer kürzere Innovations- und Produktlebenszyklen zwingen in allen Branchen zu schnellen Anpassungen bei Maschinen- und Anlagenstrukturen. Zur Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit sind dann kurze Reaktionszeiten gefordert! Antriebstechnik mit Profinet bietet die hierfür erforderliche Flexibilität.

Beeinflussbare Größen

Der wirtschaftliche Umgang mit Ressourcen besonders in der Fertigung ist ein schnell steigender Einflussfaktor auf den Erfolg eines Unternehmens. Anlagenverfügbarkeit, wirksame Diagnose- und Wartungskonzepte oder einfaches Engineering sind hierfür vom Anwender beeinflussbare Größen. Antriebstechnik mit Profinet unterstützt den Anwender in allen diesen Fällen wirkungsvoll.

* Heiko Hack, Produkt- und Systemmanagement, Siemens DT, Erlangen