Im Jahr 2004 aus der Taufe gehoben, hat sich Profinet IO über die Jahre kontinuierlich weiterentwickelt und ist heute im Automatisierungsumfeld fest etabliert. Ein Beleg hierfür ist die erneute Steigerung der Verkaufszahlen um 20 %. In Korrelation zum Feldbus-System Profibus hat Profinet 2013 mit 1,8 Mio. verkauften Geräten schon 50 % der Profibus-Verkaufszahlen von 3,6 Mio. Geräten erreicht. Dabei verfügt das Kommunikationssystem über Eigenschaften, die weit über die Funktionen eines Ethernet-basierten Feldbusses hinausgehen.

Die erste Spezifikation 1.3 umfasste die heute noch gültigen Grundfunktionen von Profinet RT (Real Time) und IRT (Isochronous Real Time). Anfang 2005 wurde die Version 2.0 eingeführt. 2006 und 2007 folgten dann die Spezifikationen 2.1 und 2.2. Die aktuelle Ver­sion 2.3, die viele neue Features beinhaltet, soll nun für mehrere Jahre stabil bestehen bleiben.

DFP-Funktion in Ausgangsrichtung auf einer Linie in einer Durchlaufzeit-Darstellung über den zurückgelegten Weg. Jeder Teilnehmer reduziert dabei die Telegrammlänge um seine eigenen Daten.

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Die Anforderungen aus der Prozesstechnik haben ebenso Eingang in die ak­tuelle Spezifikation gefunden. In diesem Umfeld ist insbesondere das Verhalten der Geräte während einer Umparametrierung im laufenden Betrieb wichtig. Hierfür wird eine zweite Kommunikationsver­bindung aufgebaut, die dann von einem Zy­klus auf den nächsten umgeschaltet wird. Außerdem wurden Funktionen wie die genaue Zeitstempelung von Alarmen im Device sowie die Integration von unterlagerten Subsystemen berücksichtigt. Für die erhöhten Verfügbarkeitsanforderungen aus der Prozesstechnik sind zusätzlich zur Medienredundanz eine Steuerungs- und Schnittstellenredundanz definiert. Diese neuen Eigenschaften kommen aber auch vielen anderen Applikationen aus der Fa­brik­auto­mation zugute.

Alle Technologie-Provider, die zum Beispiel Software-Stacks oder Profinet-ASICs für die Geräte-Entwicklung zur Verfügung stellen, haben bereits viele Funktionen der Spezifikation 2.3 in ihre Produkte implementiert. Zur Zeit wird die Kompatibilität der verschiedenen Lösungen sichergestellt. Um die Funktionen auch dem Anwender über neue Geräte-Versionen zugänglich zu machen, wurden die Zertifizierungs-Tests komplett überarbeitet und teilweise automatisiert. Der nun zwingend erforderliche Netzlast-Test stellt das reproduzierbare Verhalten im Fall einer Überlast oder von Broadcast-Stürmen im Netzwerk sicher. Ferner hat man den Topologie-Test detaillierter spezifiziert, damit die Diagnosefunktionen eindeutig zum Fehlerort führen.

Weil nicht sämtliche Funktionen in allen Technologien und Tests einbezogen werden konnten, wird die Spezifikation 2.3 in Schritten zertifiziert. Seit Mai sind beispielsweise die Zertifi­zierungstests für die Stufe 1 der Spezi­fikation verfügbar, die dann für zwei Jahre stabil bleiben. In dieser Zertifizierungsstufe erfolgt eine Überprüfung aller Basismechanismen für synchrone Kommunikation in IRT und Systemredundanz. Zusätzlich wurden die pDEV-, LLDP- und SNMP-Mechanismen für eine eindeutige Topologie-Erkennung und die kaskadierte Diagnose für Multi-Steuerungssysteme mit aufgenommen. Überlappend zur Stufe 1 ist ab Mitte 2015 die zweite Stufe der Integration zertifizierbar.

Auf der zurückliegenden Hannover Messe 2014 wurden bereits erste Geräte mit dem Teilfunktionsumfang der Profinet-Spezifikation 2.3 vorgestellt. Die Implementierung in der Breite kann mit der Verfügbarkeit offizieller Technologie-Produkte, wie den Profinet-Chipsätzen, ab Mitte des Jahres erfolgen. Vorrangig sollten jetzt IRT- und Systemredundanz-fähige Komponenten nach der aktuellen Version 2.3 entwickelt und zertifiziert werden. Bei sämtlichen anderen Geräten kann der jeweilige Hersteller aufgrund der gegebenen Kompatibilität zu den älteren Spezifikationen noch mit der Umstellung warten.

Autor: Robert Wilmes ist Mitarbeiter im Software-Marketing der Business Unit Control Systems von Phoenix Contact.

Profinet – die zentralen Eigenschaften

Automatisierungslösungen auf der Grundlage von Profinet bieten dem Anwender eine Plattform, auf der alle installierten I/O-Geräte parallel zum Echtzeit-Datenaustausch auch TCP/IP-Mechanismen zur Verfügung stellen. Auf diese Weise lassen sich Web-Server oder andere proprietäre Protokolle zur direkten Kommunikation mit dem Profinet-Device nutzen. Aber selbst reine TCP/IP-Geräte, wie Industrie-PCs, können ohne Rückwirkung in das gleiche Netzwerk eingebunden werden. Da Profinet keine Begrenzung durch Netzwerk-Segmente und Stichleitungslängen oder andere Feldbus-Limitierungen kennt, lassen sich beliebig viele Teilnehmer und Steuerungen parallel in einem System betreiben.

Mit Profinet folgt die Topologie der Anlage: Über Wireless- oder LWL-Technologien lassen sich viele Applikationen vereinfachen.

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Ein weiterer Vorteil des Profinet-Standards ergibt sich im Bereich funktionale Sicherheit, da Standard- und sichere Daten über eine Leitung übertragbar sind. Mit Profisafe weist Profinet hier ein Safety-Protokoll vor, das nach dem so genannten Black-Channel-Prinzip arbeitet.

Zu den Eigenschaften von Profinet gehört ferner eine synchrone und jitterfreie Datenübertragung. Für erhöhte Synchronisierungs-Anforderungen, die insbesondere bei Motion-Control-Applikationen auftreten, bietet der Standard die Betriebsart IRT, in der alle Teilnehmer einer IRT-Domäne in den synchronen Betrieb schalten. RT-Geräte und auf eine Mikrosekunde genau synchronisierte IRT-Teilnehmer lassen sich dabei gemischt in einem Netzwerk verwenden. Antriebe werden über das Profidrive-Protokoll herstellerneutral in die Lösung integriert.

Bei der Diagnose werden Fehlertexte mehrsprachig zur Verfügung gestellt. Das topologische Netzwerk, die Ethernet-Anschlüsse und die Geräte laufen über ein einheitliches Diagnosekonzept. Neben der Steuerung können über azyklische Dienste externe Werkzeuge jederzeit auf alle Diagnosefunktionen zugreifen.

Profinet zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Anwender mit Auswählen einer Redundanz-Masterfunktion auf einem Teilnehmer in einem Redundanzring die Verfügbarkeit des Ethernet-basierten Netzwerks steigern kann.

Abschließend sei das Thema Energie-Effizienz genannt. Mit Profienergy ist ein zusätzliches Profil geschaffen worden, das Energie-Messwerte der installierten Geräte liefert und die Profinet-Teilnehmer über eine Zustandsmaschine aus dem Betriebsmodus über den Zustand „Betriebsbereit“ in eine Energiesparmodus umschalten kann.