PROFINET
Mit PROFINET lassen sich Prozessdaten, Diagnosen und IT-Informationen über eine gemeinsame Infrastruktur übertragen – als Basis für flexible Netzwerke, redundante Systemarchitekturen und effiziente Automatisierungskonzepte
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Profinet ist ein auf Industrial Ethernet basierender Kommunikationsstandard der Fabrikautomation und dient dem Datenaustausch zwischen Feldgeräten und Steuerungen. Profinet beschreibt die Kommunikation zwischen Slaves wie den Multiprotokoll-I/O-Modulen von TURCK und einem Profinet-Master. Profinet gilt als Nachfolger des Feldbusprotokolls Profibus. Profinet bietet im Bereich zyklischer Kommunikation erweiterte Funktionen für Parametrierung und Diagnose. Profinet ermöglicht die Übertragung von Prozessdaten in Real-Time (RT) und zusätzlichen IT-Daten über dieselbe Infrastruktur. Profinet unterstützt Linien-, Stern-, Baum- und Ringtopologien mit Media Redundancy Protocol (MRP). TURCK unterstützt Profinet mit Multiprotokoll-I/O-Modulen sowie dem IO-Link-Master-Modul TBEN-L5-8IOL. Das TBEN-L5-8IOL unterstützt Profinet-S2-Systemredundanz in Schutzart IP67 und hält Kommunikationsbeziehungen zu zwei getrennten Steuerungen aufrecht.
Was ist PROFINET?
Das auf Industrial Ethernet basierende Protokoll Profinet ist ein Kommunikationsstandard der Fabrikautomation. Es beschreibt den gesamten Datenaustausch zwischen sogenannten Slaves wie z.B. den Multiprotokoll-I/O-Modulen von TURCK und einer Steuerung, dem Profinet-Master. In dieser Funktion gilt Profinet als Nachfolger des Feldbusprotokolls Profibus.
Profinet wurde im Bereich des zyklischen Datenaustauschs optimiert und bietet gerade in Sachen Parametrierung und Diagnose zahlreiche neue Funktionen und Erweiterungen gegenüber klassischen Feldbussen. Anwender sind dank Profinet flexibel in der Gestaltung ihrer Netzstrukturen und können über nur ein Kabel sowohl Prozessdaten in Real-Time (RT) als auch zusätzliche IT-Daten übertragen.
Die Systemübersicht gibt einen ersten Eindruck über die Netzwerkarchitektur und die verschiedenen I/O- und Netzwerkkomponenten. Verbindungen lassen sich über Linien-, Stern- und Baumstrukturen oder aber über eine redundante Ringtopologie (MRP) realisieren.
Integration in die Prozessautomation
Chemie- und Pharmaanlagen müssen mit großem Aufwand vor Ausfällen geschützt werden und stellen daher besondere Anforderungen an I/O-Systeme. In vielen Anlagenbereichen herrscht Explosionsgefahr, außerdem kann die Unterbrechung eines kontinuierlichen Produktionsprozesses immense wirtschaftliche Verluste verursachen. Zur Prävention werden Steuerungen und I/O-Baugruppen im Feld üblicherweise redundant ausgelegt, sprich: fallen ein Gerät oder eine Verbindung aus, greift die Back-up-Lösung.
Profinet-Systemredundanz
Im Profinet-Kontext wurde mit der Systemredundanz ein neuer Standard geschaffen, der nun mehr Investitionssicherheit für Unternehmen aus der Prozessautomation bietet. Die Terminologie orientiert sich an einer Abstufung, je nachdem, wie ausfallsicher ein Automatisierungssystem sein soll.
Kommunizieren eine Steuerung und ein Feldgerät lediglich per Singularverbindung (S1), liegt keine Redundanz vor. Wenn ein Profinet-Gerät jedoch über diese eine Verbindung Kommunikationsbeziehungen zum Primary-Controller sowie zu dessen Back-up unterstützt, wird dies als S2 klassifiziert. Sie ist die meist genutzte Form der Systemredundanz. Beim Ausfall der Hauptsteuerung übernimmt automatisch der physische Zwilling.
I/O-Geräte von TURCK können bereits die benötigte logische Doppelverbindung zu zwei getrennten Steuerungen aufrechterhalten. Das TBEN-L5-8IOL ist damit weltweit das einzige IO-Link-Master-Modul mit Profinet-S2-Systemredundanz in IP67.
Sehr hohe und maximale Verfügbarkeit sind lediglich über R1- oder R2-Systemredudanz zu erreichen. Hier ist zusätzlich die Kommunikationsschnittstelle eines Feldgeräts redundant ausgeführt, was etwa im Zusammenhang mit Remote-I/O geläufig ist. R2 bewegt sich mit einer Vier-Wege-Verbindung wiederum auf der höchsten Komplexitätsstufe.
Smart kombiniert mit IO-Link
Mit der Profinet-Erweiterung für Systemredundanz sind die Vorzüge von Industrial Ethernet jetzt auch für die Prozessindustrie verfügbar. TURCK geht noch einen Schritt weiter und integriert zusätzlich IO-Link in die Welt der hochverfügbaren Systeme. Wie eine Systemarchitektur aussehen könnte, zeigt die Übersichtsgrafik.
Der durchgängig digitalen Anbindung smarter Feldgeräte, wie Stellungsrückmelder, Ventilinseln, Sensoren oder I/O-Hubs, steht nichts mehr im Wege. Dabei ist IO-Link in puncto Installationszeit höchst effizient und einfach, denn Daten und Versorgung werden über eine ungeschirmte Standardleitung übertragen.
Vorteile
Flexible Netzwerktopologie
Die PROFINET-I/O-Devices von TURCK verfügen über einen integrierten Switch und können somit wie klassische Feldbusse in Linienstruktur installiert werden.
Darüber hinaus unterstützt PROFINET aber auch die Standard-Ethernet-Topologien wie Stern-, Baum- und Ringstrukturen. So kann die Netzwerkinstallation flexibel der Maschinen- und Anlagenstruktur angepasst werden. Bei einer Stern- oder Baumstruktur werden externe Switche eingesetzt, was sich wiederum vorteilhaft auf die Performanz des Gesamtsystems auswirkt.
Schneller Hochlauf
Der schnelle Hochlauf verkürzt die Zeitpanne zwischen dem Einschalten der Spannungsversorgung eines Teilnehmers und dem Aufbau der Kommunikationsverbindung mit dem I/O-Controller. In PROFINET-Systemen wir der schnelle Hochlauf als Fast-Start-up bezeichnet. Für Fast-Start-up ist im allgemeinen eine Zeit von kleiner 500 ms definiert. Mit den TURCK-I/O-Modulen der TBEN-L-Serie können auch Zeiten von bis zu 150 ms realisiert werden.
Schnelle Ankopplung ist beispielsweise in Werkzeugwechsel-Applikationen besonders wichtig, um Wartezeiten zu reduzieren. So lassen sich Taktraten und damit auch die Produktivität steigern.
Erweiterte Diagnose
Zur Netzwerkdiagnose kann in PROFINET-Netzwerken auf Standard IT-Funktionen und Protokolle wie z.B. HTTP und SNMP (Simple Network Management Protocol) zurückgegriffen werden. Das SNMP-Protokoll ist unter anderen Grundlage für den PROFINET-Topologie-Scan. Damit können ganze Netzwerkstrukturen online eingelesen und grafisch dargestellt werden.
Alle Multiprotokoll-Ethernet-Gateways und -I/O-Module von TURCK sind mit einem Webserver ausgestattet. Der Webserver stellt neben Statistiken und Einstellungen zu den Ethernet-Ports auch einen Fehlerspeicher mit Historie und Diagnosen im Klartext zur Verfügung.
Bewährtes Engineering
Die Konfiguration von PROFINET-Systemen folgt weitestgehend der Tradition von PROFIBUS. Damit bietet PROFINET im Vergleich zu den anderen Ethernet-Protokollen ein sehr ausgereiftes und benutzerfreundliches Engineering.
Die neuen GSDML-Konfigurationsdateien basieren auf dem XML-Standard und ermöglichen erweiterte Strukturen und neue Funktionen. Darüber hinaus wird der Webserver als Konfigurationstool immer wichtiger. Damit können beispielsweise Ethernet-Ports konfiguriert werden oder der PROFINET-Name vergeben werden.
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PROFINET bei TURCK: Häufig gestellte Fragen
1. Was ist PROFINET und welche Aufgaben übernimmt PROFINET in der Fabrikautomation?
PROFINET ist ein auf Industrial Ethernet basierender Kommunikationsstandard der Fabrikautomation. PROFINET beschreibt den Datenaustausch zwischen Feldgeräten und einer Steuerung. TURCK setzt PROFINET in Multiprotokoll-I/O-Modulen und weiteren Netzwerkkomponenten ein. Das Protokoll gilt als Nachfolger von Profibus und ermöglicht sowohl die Übertragung von Prozessdaten als auch zusätzlicher IT-Daten.
2. Welche TURCK-Produkte unterstützen PROFINET?
PROFINET wird von verschiedenen TURCK-Lösungen unterstützt. Im Quelltext werden insbesondere die Multiprotokoll-I/O-Module von TURCK sowie das IO-Link-Master-Modul TBEN-L5-8IOL genannt. Das Modul verbindet IO-Link-Geräte mit PROFINET-Netzwerken und unterstützt darüber hinaus Funktionen für hochverfügbare Automatisierungsarchitekturen in der Prozessautomation.
3. Wie funktioniert die Kommunikation zwischen Feldgeräten und Steuerungen mit PROFINET?
PROFINET organisiert die Kommunikation zwischen Feldgeräten und einer Steuerung über Industrial Ethernet. Feldgeräte arbeiten dabei als Slaves, während die Steuerung als PROFINET-Master fungiert. TURCK integriert PROFINET in I/O-Module und Netzwerkkomponenten. Die Kommunikation dient der Übertragung von Prozessdaten sowie der Parametrierung und Diagnose von Geräten.
4. Welche Netzwerktopologien unterstützt PROFINET?
PROFINET unterstützt verschiedene Netzwerktopologien für die Fabrikautomation. Anwender können Linien-, Stern- oder Baumstrukturen nutzen. Darüber hinaus unterstützt PROFINET redundante Ringtopologien auf Basis von MRP (Media Redundancy Protocol). Die flexible Gestaltung der Netzwerkstruktur gehört laut Quelle zu den Eigenschaften von PROFINET.
5. Welche Vorteile bietet PROFINET bei Parametrierung und Diagnose?
PROFINET bietet gegenüber klassischen Feldbussen zusätzliche Funktionen für Parametrierung und Diagnose. Anwender erhalten damit erweiterte Möglichkeiten zur Konfiguration und Überwachung ihrer Automatisierungskomponenten. TURCK integriert diese Funktionen in seine PROFINET-fähigen Geräte, sodass Netzwerkteilnehmer zentral verwaltet und diagnostiziert werden können.
6. Was bedeutet Real-Time-Kommunikation bei PROFINET?
PROFINET ermöglicht die Übertragung von Prozessdaten in Real-Time (RT). Gleichzeitig können über dieselbe Infrastruktur zusätzliche IT-Daten ausgetauscht werden. TURCK nutzt diese Kommunikationsmöglichkeiten in seinen PROFINET-fähigen Geräten. Dadurch lassen sich Automatisierungs- und Informationsdaten innerhalb eines gemeinsamen Netzwerks transportieren.
7. Was ist PROFINET-Systemredundanz und warum wird sie eingesetzt?
PROFINET-Systemredundanz erhöht die Verfügbarkeit von Automatisierungssystemen. In der Prozessautomation werden Steuerungen und I/O-Systeme häufig redundant ausgelegt, damit beim Ausfall einer Komponente eine Backup-Lösung übernimmt. TURCK unterstützt diese Konzepte mit PROFINET-fähigen Geräten, die Kommunikationsbeziehungen zu mehreren Steuerungen gleichzeitig aufrechterhalten können.
8. Was bedeutet S2-Systemredundanz bei PROFINET?
S2-Systemredundanz beschreibt eine PROFINET-Architektur, bei der ein Feldgerät Kommunikationsbeziehungen sowohl zum Primary Controller als auch zu dessen Backup unterstützt. Fällt die Hauptsteuerung aus, übernimmt automatisch die zweite Steuerung. TURCK unterstützt diese Form der Systemredundanz mit dem IO-Link-Master-Modul TBEN-L5-8IOL.
9. Welche Rolle spielt IO-Link in PROFINET-Netzwerken?
PROFINET lässt sich mit IO-Link kombinieren, um smarte Feldgeräte durchgängig digital anzubinden. TURCK verbindet die PROFINET-Systemredundanz mit IO-Link-Technologie. Dadurch können unter anderem Sensoren, Stellungsrückmelder, Ventilinseln und I/O-Hubs in hochverfügbige Automatisierungsarchitekturen integriert werden.
10. In welchen Anwendungen wird PROFINET eingesetzt?
PROFINET wird sowohl in der Fabrikautomation als auch in der Prozessautomation eingesetzt. Ein Beispiel ist eine Chemie- oder Pharmaanlage mit hohen Anforderungen an Verfügbarkeit und Redundanz. Ein weiteres Beispiel ist die Einbindung von Sensoren, Ventilinseln oder I/O-Hubs über IO-Link in eine hochverfügbare PROFINET-Infrastruktur.