Suchen

Profibus & Profinet International (PI) Profinet bietet sich als Lebensader für Industrie 4.0 an

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

PI treibt zielgerichtet das Thema Industrie 4.0 voran – sowohl in der Fertigungs- als auch Prozessautomatisierung. Dazu gehört auch eine enge Zusammenarbeit mi der CLPA und der OPC Foundation. Wovon Anwender und Gerätehersteller bereits jetzt profitieren: vom ersten Profinet-Controller mit ASIC für IRT und einheitlichen Steckverbindern.

Firmen zum Thema

Profibus & Profinet International (PI) treibt zielgerichtet das Thema Industrie 4.0 voran.
Profibus & Profinet International (PI) treibt zielgerichtet das Thema Industrie 4.0 voran.
(Bild: PNO; Denys Prykhodov, Ukraine Simferopol)

Profinet – Der Backbone für Industrie 4.0

„Um die heute bewährten Lösungen zukunftssicher weiterzuentwickeln haben wir eine Working Group mit mehr als 30 Teilnehmern aus vielen Mitgliedsunternehmen gestartet, die im ersten Schritt die für Industrie 4.0 relevanten Use-Cases definiert“, verkündet Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der PNO und Chairman von Profibus & Profinet International (PI) anlässlich einer Pressekonferenz in Nürnberg. Sie soll weiterhin bestehende und neue Technologien vor dem Hintergrund des Einsatzes in Industrie 4.0-Produktionssystemen bewerten sowie das Normungsumfeld untersuchen. Ziel sei es, die im Industrie 4.0-Umfeld wichtigen Anforderungen an die Kommunikation zu identifizieren und konsequent als Weiterentwicklung der PI-Technologien zur Standardisierung zu bringen.

Für Karsten Schneider ist bereits heute klar, dass Profinet aufgrund der Offenheit für TCP/IP und einer auf Standard-Ethernet-basierten Technik eine zukunftssichere Architektur besitzt, die eine Grundvoraussetzung für Industrie 4.0 bildet. Als Beleg nennt er das ARC-Whitepaper „How Profient and Industrie 4.0 Enable Information-Driven Industries”, in welchem die Hintergründe und die Motivation für den Wandel der Industrie mit Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt werden.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Die wachsenden Herausforderungen der Industrie, wie zum Beispiel Time-to-Market zu reduzieren sowie die Flexibilität und Effizienz zu erhöhen, sind nicht neu und auch nicht überraschend. Technologische Weiterentwicklungen wie Digitalisierung, Cloudanbindung und Aktivitäten von Standardisierungsgruppen eröffnen neue Lösungen und neue Geschäftsideen. Gemeinsame und notwendige Basis all dieser neuen Lösungen ist eine leistungsfähige und zukunftssichere Kommunikation. Das zeigt sich schon heute an verfügbaren Beispielen:

  • Eine energiesparende Produktion ist mit vernünftigem Aufwand nur umsetzbar, wenn das Ein-/Ausschalten und die Energiemessung durch ein herstellerübergreifendes Profil im Engineering einfach realisiert werden kann.
  • Neben der fortlaufenden Gerätediagnose erfordert auch die vorbeugende Wartung (Condition Monitoring) von Geräten, Maschinen- und Anlagenteilen sowohl einen einfachen Durchgriff nach „unten“ zu umfangreichen Sensordaten per IO-Link als auch einen leistungsfähigen Kommunikationsweg in die Steuerung oder ein Auswertesystem.
  • Die Verfügbarkeit von Anlagen lässt sich steigern, indem Prozessdaten nicht nur in der lokalen Steuerung verarbeitet werden, sondern auch in Cloud-Anwendungen für die Ferndiagnose sowie zur Optimierung zur Verfügung stehen. Dazu dient eine offene leistungsfähige Kommunikation z. B. per OPC UA.

Heutige Lösungen besitzen schon wichtige Eigenschaften für solche Anwendungen. Aber nicht nur die Anforderungen an Übertragungsbandbreite und Echtzeitfähigkeit werden steigen. Die bislang vorhandenen Profile mit ihrer Semantik für den operationalen Datenaustausch werden umfangreich auch für die anderen Phasen des Lebenszyklus eines Geräts bzw. einer Anlage erweitert und standardisiert werden. Das lässt sich heute bereits aus den Ergebnissen der Plattform Industrie 4.0 ableiten.

Karsten Schneider: „PI wird auch diese Herausforderungen in bewährter Weise angehen. Auf Basis von realen Anwendungsfällen treiben Anwender, Hersteller und Spezifikationsexperten die Technik voran. Natürlich werden dabei Technologien wie TSN, IPV6 und OPC UA berücksichtigt und passend integriert.“

Industrielle Kommunikation für die Prozessindustrie im Kontext von Industrie 4.0

Auch in der Prozessautomatisierung sind die Technologien von PI sind seit Jahren fest etabliert. Profibus PA ist hierbei als die leistungsfähigste erprobte Feldbuslösung anerkannt. Profinet wurde erweitert, um auf die spezifischen Anforderungen von Anwendern in den Prozessindustrien einzugehen. “Als Backbone eignet es sich deshalb ideal für die Zusammenführung von in Steuerungssystemen und Feldgeräten gespeicherten Prozessdaten, erklärt Karsten Schneider. Dies sei für PI Grund genug gewesen, diese beiden Spitzenreiter aus dem „Hause PI“ zu einer zukunftsorientierten Lösung zusammenzuführen, welche den Betreiber prozesstechnischer Anlagen Bewährtes und Installiertes weiter nutzen lässt bei gleichzeitigem Zugang zu neuesten Technologien und zu Industrie 4.0.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde in PI ein entsprechendes, zeitlich abgestuftes und mit namhaften Anwendern abgestimmtes Projekt aufgesetzt, Profinet flächendeckend in allen Branchen der Prozessindustrie bis ins Feld zu etablieren. Die Projektziele sind einerseits mit-telfristig angelegt - in bewusster Anpassung an in Entwicklung bzw. Spezifikation befindliche Technologien. Andererseits ist aber der Einsatz von Profinet bereits Realität für prozess-technische Anwendungen, die ohne Explosionsschutz auskommen (wie z. B. in den Branchen Wasser/Abwasser oder Lebensmittel). Hier nimmt es nicht nur als Systembus Backbone-Funktion wahr, sondern erstreckt sich bereits bis ins Feld und stellt dort u. a. Funktionen wie Netzwerkdiagnose oder Topologieerkennung zur Verfügung. Bereits fertig spezifiziert und daher zeitlich konkret absehbar sind Produkte und Lösungen, in welchen bestehende oder neue Profibus-PA-Segmente über intelligente, herstellerübergreifend standardisierte Koppelkomponenten (Proxy-Technologie) mit geringem Engineering-Aufwand an Profinet angeschlossen werden können. Gearbeitet wird derzeit an einer Aktualisierung des Profils für PA-Geräte, um den direkten Anschluss der Prozessfeldgeräte an Profinet und das entsprechende Mapping für die Verwendung in nicht-explosionsgefährdeten Umgebungen zu ermöglichen. Als besonders anspruchsvolles Ziel werden die aktuellen Bemühungen um eine Ethernet-Lösung für explosionsgefährdete Bereiche und lange Kabelwege intensiv verfolgt.

Karsten Schneider: „Industrie 4.0 benötigt Industrial Ethernet als ‘Lebensader’, Profinet ist dafür sehr gut geeignet. Das von PI aufgesetzte Projekt führt Profibus PA und Profinet zusammen, zuerst durch Anbindung bestehender PA-Lösungen und nachfolgend durch stufenweise Integration bzw. Entwicklung für PA benötigter Profinet-Technologien. Dieses Vorgehen macht Profibus PA zu einem zukunftssicheren Baustein für Industrie 4.0-Applikationen in der Prozesstechnik.

Einzelheiten des Projektes Industrial Ethernet in der Prozessindustrie vermittelt ein 2015 erschienenes White Paper von PI. Kostenloser Download hier.

CLPA und PI kooperieren für die Schaffung einer transparenten Netzwerkinfrastruktur

Die „Lebensader Industrial Ethernet” für Industrie 4.0 steht allerdings einer großen Herausforderung gegenüber: der seit Jahren bestehende heterogene Standard-Landschaft. Denn dadurch sind Geräte und Maschinen verschiedener Kommunikationssysteme untereinander nicht zum Datenaustausch in der Lage.

So sind Maschinenbauer gezwungen, ihre Maschinen mit unterschiedlichen Netzwerktechnologien auszustatten, oder Anlagenbetreiber sind bei der Auswahl von geeigneten Maschinen entsprechend stark eingeschränkt. Um dies zu ändern, bedarf es herstellerspezifischer Übergabespezifikationen sowie komplizierter und maßgeschneiderter Wandler.

Deshalb haben die CC-Link Partner Association (CLPA) und PI eine enge Zusammenarbeit bei der Förderung und Verbreitung von offenen Netzwerken für Industrieanwendungen angekündigt. Schließlich sind immer mehr Anwender für die Implementierung von Fertigungssystemen - basierend auf Industrie 4.0 oder dem Industrial Internet of Things (IIoT) – bereit. Somit wird die einfache Integration unterschiedlicher Netzwerke zu einem entscheidenden Faktor.

Mit ihrer Kooperation wollen die CLPA und PI eine transparente und einfache bidirektionale Kommunikation zwischen CC-Link-IE- und Profinet-Geräten über standardisierte Schnittstellen gewährleisten. Derzeit wird eine gemeinsame Arbeitsgruppe zusammengestellt, in der die entsprechenden erforderlichen technischen Spezifikationen entwickelt werden sollen. Wenn die Arbeiten an den Spezifikationen abgeschlossen sind, wird sie den Mitgliedern beider Organisationen zur Implementierung zur Verfügung gestellt.

„Mit der CC-Link Partner Association konnten wir einen gleichwertigen Partner gewinnen, dessen Netzwerke weltweit in zahlreichen Branchen eingesetzt werden“, sagte Karsten Schneider.

„So profitieren die Anwender von der größtmöglichen Flexibilität, wenn sie ihre IIoT-, Industrie 4.0- oder e-F@ctory-fähigen Systeme gestalten“, erklärte Naomi Nakamura, Global Director von CLPA. „Mit dem kombinierten weltweiten Netzwerk an Vertretungen von CLPA und PI sowie den zahlreichen verfügbaren Geräten von Mitgliedern beider Organisationen können wir für unsere Mitglieder weitere Märkte erschließen. Demzufolge werden CC-Link IE und Profinet noch schneller wachsen.“

PI und OPC Foundation intensivieren Zusammenarbeit

Zwei, die schon seit Jahren zusammenarbeiten sind PI und die OPC Foundation. Diese Zusammenarbeit wird intensiviert, um die Integration von OPC UA in die Systemarchitektur von Profinet konsequent weiterzuführen.

Heute zeichnet sich ab, dass die serviceorientierte Architektur von OPC UA (Unified Architecture) ein Baustein für die Entwicklung von Industrie 4.0 sein wird, insbesondere wenn es z.B. um die Kommunikation mit Geräten wie Bedienerstationen über der Controller-Ebene oder um Produktionsdaten von den Geräten zur Unternehmens-IT geht, vor allem in einer Umgebung mit unterschiedlichen Anbietern. Damit wird OPC UA zum Bindeglied für die nicht deterministische Kommunikation zwischen verschiedenartigen Geräten dieser Ebene und zwischen den Ebenen.

Profinet übernimmt in Automatisierungssystemen die Übertragung von deterministischen Real-Time-Daten und steuerungsrelevanten azyklischen Daten. Bereits heute ergänzen sich deshalb Profinet und OPC UA perfekt, da Profinet offene Kommunikation auf Basis von TCP/IP ohne zusätzlichen Aufwand parallel erlaubt.

Ein Beispiel: Die Automatisierung einer Schraubersteuerung erfolgt in Echtzeit über Profinet. Die Qualitätsdaten, z.B. die Drehmomente, mit denen die Schrauben angezogen werden, lassen sich dann per OPC UA an die Qualitätsmanagement-Systeme über dasselbe Kabel übertragen.

Karsten Schneider freut sich auf die Zusammenarbeit auf dem zukunsftsweisenden Thema: „PI betrachtet OPC UA als eine sinnvolle Erweiterung zu Profinet, dem führenden Industrial Ethernet Standard in der Automatisierung. Die Eigenschaft beide Dienste parallel im selben Netzwerk laufen zu lassen, eröffnet völlig neue Möglichkeiten und bildet die Grundlage für Megatrends wie Industrie 4.0 und das IIoT.“

Thomas Burke, Präsident der OPC Foundation, sieht in der Kooperation eine Menge von Synergien: „Die Zusammenarbeit zwischen PI und der OPC Foundation bietet die Lösung zur Integration von Informationen und Interoperabilität, von Embedded Plattformen bis zur Unternehmensleitebene. Lieferanten und Endanwender werden gleichermaßen von dieser Zusammenarbeit profitieren. Die andauernde Partnerschaft der Organisationen spiegelt sich auch in anderen Initiative, wie z. B. der Entwicklung und Vermarktung von FDI, wider.“

Erster Profinet-Controller mit ASIC für IRT verfügbar

Zahlreiche PI-Mitglieder bieten die unterschiedlichsten Basistechnologien für die Implementierung bzw. Integration von Profinet in Produkte. Mit der zurzeit einzigen ASIC-basierenden Lösung für Profinet-Controller mit IRT-Funktionalität auf dem Markt hat das Unternehmen Hilscher hierbei die letzte noch vorhandene Lücke geschlossen.

Der IRT-Kanal von Profinet stellt eine synchronisierte, deterministische Kommunikation zwischen dem Controller und den angeschlossenen Devices mit hoher Datenrate und hoher Genauigkeit bereit. Zum Einsatzgebiet von IRT gehören vor allem leistungsstarke Anwendungen im Bereich von Motion Control, zum Beispiel zur mikrosekundengenauen Koordinierung hunderter Achsen. In reservierten Zeitfenstern werden die IRT-Telegramme in einer zeitgleichen zyklischen Abfolge übermittelt. Die verbleibende Zykluszeit kann für die standardmäßige TCP/IP-Kommunikation genutzt werden.

Der Profinet-Controller mit IRT-Funktionalität basiert auf der Net X-Famile von Hilscher. Die verfügbare Lösung beinhaltet neben dem entsprechenden Stack und der betriebsbereiten Firmware auch die Konfigurationssoftware (SYCON.net).

Durch die Net X-Plattform ist die IRT-Funktionalität nicht nur für Implementierungen mit dem ASIC zugänglich, sie wird auch in den bereits im Markt befindlichen Produkten wie PC-Karten, OEM-Modulen und kundenspezifischen Modulen bereitgestellt. Damit wird nahezu jeder (Industrie-)PC in die Lage versetzt, IRT zu sprechen und zeitkritische Applikationen zu kontrollieren.

M12 L-coded vereinheitlich den 24V-Geräteanschluss für Profinet: Anwender und Gerätehersteller profitieren

Einheitliche Steckverbinder erleichtern die Installation und die Handhabung von Wartungsfällen, z.B. wenn Geräte beim Endanwender getauscht werden müssen. Dies hat PI schon vor vielen Jahren erkannt und deshalb für Profinet-Systeme eindeutige Standards geschaffen. Hierzu gehört auch die M12-Steckertechnologie. Im Umfeld von Steckern für die kupfer- oder LWL-basierte Kommunikation gibt es noch den Bedarf der Vereinheitlichung von Steckern für die Spannungsversorgung, z.B. für 24 V. Was schon mit dem M12 bei dem Ethernet-Netzwerkanschluss gelungen ist, konnte PI jetzt auf die 24V-Versorgung übertragen. Mit dem M12-L-coded steht heute ein M12-Power-Steckverbinder zur Verfügung, der das notwendige Leistungsspektrum mit einer Strombelastbarkeit von 16 A in der Baugröße des M12-Steckverbinders abdeckt.

Einheitliche Steckverbinder erleichtern den Anschluss sowohl bei der Anlagen- und Maschinen-Erstellung als auch bei der Wartung und Reparatur. Denkt man den Lebenszyklus der Automatisierungsgeräte weiter, so bietet auch der einheitliche Spannungsversorgungs-Anschluss für den Gerätehersteller große Vorteile, denn er kann die Anzahl der Gerätevarianten deutlich reduzieren. Dies waren Gründe für PI, sich für einen Generationswechsel zu entscheiden, so dass neue IP 65/67-Geräte, anstelle leistungsabhängig mit dem M12 A-Coded oder dem 7/8“ Steckverbinder, einheitlich mit dem M12 L-Coded ausgerüstet werden können.

Im Kontext Industrie 4.0 macht dieser Schritt zusätzlich Sinn, denn er bietet gegenüber dem 7/8“ eine deutliche Platzeinsparung am Gerät und in der Installation. Der M12 L-coded ist also auch für die Miniaturisierung ein entscheidender Schritt nach vorne. Er wird derzeit international genormt und bereits durch viele M12-Hersteller angeboten.

(ID:43757285)