Offene Multidomain-Plattform mit Profibus-Anschluss Integration von Profibus und Profinet in die Mess- und Automatisierungstechnik

Autor / Redakteur: Joachim Kurpat, Rahman Jamal / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Bei der Integration von Test- und Mess-Systemen, kämpfen Anwender oft mit der hohen Komplexität gemischter Applikationen. Gängige Lösungen umfassen spezifisch vereinbarte serielle Protokolle oder wenig komfortable Kommunikations-Verfahren. Ziel der Multidomain-Plattform von NI ist die unkomplizierte Einbindung von Mess- und Prüfanwendungen.

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CompactRIO-Profibus-DP Modul
CompactRIO-Profibus-DP Modul
( Archiv: Vogel Business Media )

Zentrales Thema in der Automatisierungs-Industrie bleibt nach wie vor die verbesserte Integration ihrer Strukturen, so dass sich der Anwender letztlich auf die Lösung seiner eigentlichen Aufgabe konzentrieren kann. Ein Schritt näher zu diesem Ziel ist die PAC-Architektur, die mehrere Disziplinen auf einer einzigen Automatisierungs-Plattform unterstützt. Zudem verbindet sie per Definition die Zuverlässigkeit und Robustheit der SPS mit der Offenheit der PC-Technologie. Der kleine begriffliche Unterschied zwischen PLC (Programmable Logic Controller, zu deutsch: SPS) und PAC (Programmable Automation Controller) hat große inhaltliche Wirkung auf bestehende und zukünftige Automatisierungs-Disziplinen.

So beispielsweise in der Mess- und Prüftechnik, wo die PAC-Plattformen unterschiedliche Bereiche umfassen – von Logik, Motoren-, Antriebs- und Prozesssteuerung bis hin zur Messtechnik und Bildverarbeitung. Daraus ergibt sich eine echte Multidomain-Plattform. Die integrierte Umgebung eines PAC ermöglicht es, Engineering-Kosten zu senken, Mess- und Prüfsysteme einfacher in bestehende SPS-Umgebungen zu integrieren und gleichzeitig mehr Funktionen auf einer Hardwareplattform zu vereinen.

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Integration von Profibus

Mit der Neuentwicklung eines Profibus-DP-Moduls von Comsoft für das CompactRIO-System (cRIO) von National Instruments wird eine wichtige Lücke im PAC-Bereich geschlossen. CompactRIO bietet viele Anwendungen für echtzeitbasierte Messdatenerfassungs-, Steuer- und Regelungs-Applikationen und wird durch die Profibus-Anschaltung zum universellen System sowohl im Stand-alone-Betrieb als auch in Verbindung mit gängiger SPS-Technik.

Profibus-DP-Master und DP-Slave

Das cRIO-Profibus-DP-Modul hat eine potenzialgetrennte Profibus-DP-RS485-Schnittelle und unterstützt alle Standard-Baudraten bis 12 MBit/s. Die maximale Prozessbildgröße beträgt acht kByte IO-Daten, das Modul wird extern mit 24 Volt DC versorgt. Die Unterstützung beider Betriebsarten Profibus-DP-Master und DP-Slave lässt dabei keine Wünsche offen: Im Master-Betrieb steht die komplette Profibus-Produktvielfalt zur Verfügung. Der Slave-Betrieb ermöglicht es, alle gängigen SPS-Systeme zu kombinieren.

Die Applikations-Entwicklung auf dem cRIO-System wird entweder direkt auf FPGA-Ebene oder auf dem integrierten LabVIEW-Real-Time-System durchgeführt. Der cRIO-Profibus-Treiber stellt für beide Betriebsarten ein entsprechendes API zur Verfügung. Auf FPGA-Ebene sind nur wenige einfache Kommandos für den Zugriff auf die Profibus-basierten Prozess- und Diagnosedaten notwendig. Auf LabVIEW-RT-Ebene gestattet das verwendete VISA-Treibermodell von NI, das cRIO-Profibus-DP-Modul in echtzeitbasierte LabVIEW-Applikationen nahtlos zu integrieren. Zusätzlich lässt sich überprüfen, ob das Modul mittels des NI-Measurement & Automation-Explorer korrekt installiert ist.

Komfortabel konfigurieren

Für den Betrieb als DP-Master steht ein vollgrafisches Konfigurations-Tool – Comsoft Configurator II – zur Verfügung, mit dem man eine Profibus-DP-Konfiguration auf Basis der DP-Slave-GSD-Dateien einfach erstellen kann. Das Tool ermöglicht den Download der Profibus-Konfiguration auf das cRIO-Profibus-DP-Modul, wo diese ausfallsicher im Flash-Memory gespeichert wird. Zusätzlich lässt sich online die erstellte Konfiguration sofort in Betrieb nehmen und überprüfen.

Einfache Inbetriebnahme

Die im Paket enthaltenen Inbetriebnahme- und Beispiel-VIs – LabVIEW-Programme werden als Virtuelle Instrumente oder einfach VIs bezeichnet – bestehen aus LabVIEW-Standard-VIs für den Betrieb als DP-Master oder DP-Slave. Sie lassen sich zur sofortigen Inbetriebnahme des Profibus-Netzwerks sowie zur Integration in benutzerspezifische Applikationen verwenden. Das Paket installiert innerhalb des LabVIEW-Funktionsmenüs in der Sektion User-Libraries ein separates Profibus-Menü mit allen benötigten Komponenten inklusive der Inbetriebnahme- und Beispiel-VIs. Alle VIs enthalten zur Inbetriebnahme- und Integrations-Unterstützung eine ausführliche Kontexthilfe einschließlich Profibus-Details und Error-Codes. Der Master- oder Slave-Betrieb erfolgt auf der identischen Hardware und lässt sich wahlweise nutzen, wofür keinerlei Modifikationen an der Hardware oder der Treibersoftware notwendig sind.

Betrieb als DP-Master

Das DP-Master-VI initialisiert und startet das cRIO-Profibus-DP-Modul als DP-Master auf Basis der gespeicherten Profibus-Konfiguration und ermöglicht einen direkten Zugriff auf die Input- und Output-Daten sowie auf die Diagnosedaten der konfigurierten DP-Slaves.

Betrieb als DP-Slave

Bei Verwendung als DP-Slave muss das Modul zuerst über seine zugehörige GSD-Datei auf dem jeweiligen Profibus-DP-Master als DP-Slave konfiguriert werden, beispielsweise auf einer Simatic-S7-Steuerung über das Konfigurations-Programm HWKonfig. Das DP-Slave-VI initialisiert und startet das Modul dann als Slave. Dafür sind vor dem Start nur die drei Parameter Profibus-Adresse, Baudrate sowie die entsprechende I/O-Moduldefinition einzustellen. Das DP-Slave-VI erlaubt den direkten Zugriff auf die Input/Output-Daten des Moduls sowie auf deren Kommunikations-Status.

Ethernet-basierte Echtzeitkommunikation mit Profinet-IO

Echtzeitbasierte Ethernet-Netzwerke sind die Zukunft der industriellen Kommunikation und werden in PAC-Systemen eine noch wichtigere Bedeutung erreichen als die klassischen Feldbusse. Profinet-IO als designierter Nachfolger von Profibus-DP spielt hier eine entscheidende Rolle und drängt derzeit mit Macht in den Markt. Es ermöglicht die nahtlose Integration bestehender Profibus-DP-Systeme in Profinet-IO-Netzwerke, der Investitionsschutz ist so jederzeit gewährleistet.

Comsoft als Spezialist für Profibus und Profinet trägt dieser Entwicklung Rechnung und wird neben der Profibus-DP-Variante ein cRIO-Modul für Profinet-IO IRT anbieten, was sich derzeit ebenfalls in Entwicklung befindet.

Weitere Einsatzbereiche

Der Einsatzbereich von cRIO-basierten PAC-Systemen mit Profibus/Profinet-IO-Anschluss erstreckt sich von der Prüfstands-Automatisierung über universelle Visualisierungs- und Kontrollanwendungen bis hin zu echtzeitfähigen Steuerungssystemen. Eine typische Anwendung in der Prüfung ist beispielsweise der automatisierte Fertigungstest bei Herstellern von Profibus-DP-fähigen Geräten für die Automatisierungs- und Prozessindustrie. Im klassischen Automatisierungsumfeld ersetzt ein cRIO-basiertes PAC-System mit Profibus/Profinet-IO-Anschluss bisherige Echtzeitsteuerungs-Systeme auf Basis einer SPS. Aber auch in Kombination mit einer SPS lässt sich durch die verschiedenen Betriebsarten (DP-Master oder -Slave) ein PAC-System in die Anlage integrieren, das dann – etwa in Verbindung mit einer S7-Steuerung – als intelligentes Monitoring- und Bediensystem, als Datenlogger und Auswertesystem oder als integriertes Testsystem für die Qualitätskontrolle arbeitet.

So zeigt die nahtlose Integration des cRIO-Profibus-DP-Moduls in die cRIO-Plattform exemplarisch, dass das PAC-Konzept offen ist und sich herstellerunabhängig erweitern lässt. Damit bekommt die Automatisierungstechnik erstmalig eine echte Multidomain-Plattform, die die komplette Bandbreite – inklusive Mess- und Prüftechnik – integriert, was mit einer Minimierung der Engineering-Kosten verbunden ist.

Joachim Kurpat, Produktmanagement und Vertrieb Industrial-Communication, Comsoft

Rahman Jamal, Technischer & Marketing Direktor und Prokurist, National Instruments

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