Die Kommunikation in der Fabrikautomation hat eine lange Tradition. Vor zwanzig Jahren bestand die einzige Anforderung an einen Feldbus darin, Prozessdaten zuverlässig zu übertragen und Geräte präzise zu steuern. Im Laufe der Jahre stiegen die Anforderungen mit der zunehmenden Komplexität der Prozesse, und einige Feldbusse konnten diese nicht mehr erfüllen.
Führende PROFIBUS-Entwickler, darunter Molex, haben dafür gesorgt, dass der Standard mit dem Fortschritt Schritt gehalten hat. Unter seiner Marke Brad® Automation hat Molex ein umfassendes Portfolio an PROFIBUS-Lösungen entwickelt, darunter Netzkabel, Stecker, Feldkupplungsverbinder, E/A-Module, PC- und SPS-Schnittstellen, Gateways, Diagnosetools und Simulationssoftware. PROFIBUS ist nach wie vor die weltweit führende Feldbuslösung. Laut der Industrial Communications Community (PI oder PROFIBUS) und PROFINET International sind weltweit mehr als 20 Millionen Geräte in Produktionsanlagen im Einsatz. Typische Anwendungsbereiche, in denen Molex aktiv war, umfassen Messaging, übergeordnete Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), Echtzeit-Steuerungssysteme, Netzwerk- und Gerätebrücken, physische Verbindungen in rauen Umgebungen sowie E/A-Kommunikation.
Moderne Produktionssysteme benötigen ein Netzwerk, das den Datenaustausch zwischen verschiedenen Prozessen und Maschinen ermöglicht. Dies führte zur Übernahme von Konzepten aus anderen Bereichen wie Telekommunikation und Netzwerktechnik – insbesondere zur Migration zum TCP/IP-Protokoll. Dadurch können Computer, Steuerungssysteme und Maschinen innerhalb und außerhalb des Unternehmens Informationen austauschen. Zudem werden Barrieren im Unternehmensumfeld abgebaut und die Interaktion zwischen einer Vielzahl von Anwendungen erleichtert.
Ethernet gemäß dem IEEE-802.3-Standard ist jedoch für die in der Produktion notwendige horizontale Kommunikation ungeeignet, da es den Netzwerkverkehr blockieren kann, selbst wenn ein anderes Gerät eine dringende Nachricht senden muss. Aus diesem Grund wurde Industrial Ethernet (IEE) entwickelt: eine Technologie, die speziell für Fabriken, Produktion, Verarbeitung und Steuerung konzipiert wurde und auf die Anforderungen der industriellen Umgebung zugeschnitten ist. Sie bietet Echtzeitkommunikation und stellt somit sicher, dass jedes an das Netzwerk angeschlossene Gerät jederzeit Daten empfangen und senden kann.
PROFINET, erstmals 2005 auf den Markt gebracht, ist mehr als nur PROFIBUS für Ethernet. Es bietet deutlich mehr. PROFINET nutzt ähnliche Konzepte wie PROFIBUS, jedoch mit effizienterer Nutzung der Netzwerkbandbreite und einem herstellerseitigen Kommunikationsmodell anstelle der herkömmlichen Master-Slave-Lösung. Darüber hinaus bietet PROFINET mehr Knoten (praktisch unbegrenzt), größere Datenmengen (ein PROFINET-Frame hat eine maximale I/O-Größe von 1440 Byte), höhere Geschwindigkeiten (100 Mbit/s, Vollduplex-Ethernet) und wird ab Mitte des nächsten Jahres den IEEE-802.11-Standard für drahtlose Kommunikation erfüllen.
Während einige andere Feldbusse ebenfalls von den Vorteilen von Industrial Ethernet profitieren, bieten viele nur teilweise TCP/IP-Kompatibilität oder erfüllen, je nach Netzwerkimplementierung, die TCP/IP-Spezifikationen nicht vollständig. Dies bedeutet, dass Geräte wie PCs oder Laptops nicht direkt mit dem Netzwerk verbunden werden können. PROFINET ist vollständig TCP/IP-kompatibel und bietet umfassende industrielle Automatisierung und Echtzeit-I/O-Netzwerkfunktionen, Peer-to-Peer-Integration (P2P), Bewegungssteuerung, unternehmensweite vertikale Integration, funktionale Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie die Integration mit herkömmlichen Feldbussen.
Zu den aktuell verfügbaren integrierten Bussen gehören PROFIBUS, Interbus-S, DeviceNet, serielle Kommunikation, Modbus, AS-i, HART und PROFIBUS PA. Die vollständige Integration von FF- und CC-Verbindungen ist geplant. Dies wird durch eine Proxy-Technologie erreicht, die systembedingt als Gateway fungiert. Sie ermöglicht die Feldbus-Konnektivität zu PROFINET und damit die einfache Integration bestehender Lösungen oder Produkte. Dank standardisierter Zuordnung funktionieren diese Geräte wie PROFINET-Geräte. Transparente Kommunikation gewährleistet, dass in der Steuerungsanwendung keine spezielle Behandlung erforderlich ist.
Wie funktioniert ein Proxy? Bei Verwendung eines PROFINET-Proxys für PROFIBUS auf der Ethernet-Seite fungiert dieser als PROFINET-Gerät im Ethernet-Netzwerk. In diesem Fall repräsentiert der Proxy alle PROFIBUS-Komponenten und überträgt alle Daten vom PROFIBUS-Slave in ein PROFINET-Protokoll. Auf der PROFIBUS-Seite agiert der Proxy als DP-Master und tauscht zyklisch Daten zwischen den Slaves und dem DP-Master aus.
PROFINET basiert auf einem modularen Aufbau. Dies ermöglicht Integratoren – vom einzelnen Maschinenbauer bis zum Automatisierungsingenieur einer kompletten Produktionsanlage – die Auswahl kaskadierter Funktionen. Neben PROFINET stehen zwei Lösungen zur Verfügung: PROFINET CBA und PROFINET IO.
PROFINET CBA eignet sich für die komponentenbasierte Kommunikation via TCP/IP und, falls erforderlich, für die Echtzeitkommunikation im modularen Systemaufbau. Beide Kommunikationsoptionen können parallel genutzt werden, um eine echte P2P-Integration zu realisieren. PROFINET IO wurde für die Echtzeit- (RT) und isochrone Echtzeitkommunikation (IRT) mit verteilten E/A-Geräten entwickelt. PROFINET CBA und PROFINET IO können gleichzeitig über dasselbe Bussystem kommunizieren. Sie können auch unabhängig voneinander oder kombiniert betrieben werden, sodass ein PROFINET IO-Subsystem aus Systemperspektive als PROFINET CBA-System erscheint.
Seit der Gründung von PROFIBUS im Jahr 1989 ist Molex aktives Mitglied der PROFIBUS-Organisation – heute PI (PROFIBUS and PROFINET International). Das Unternehmen fördert die Nutzung von PROFINET aktiv und beteiligt sich an verschiedenen Arbeitsgruppen, darunter der PROFINET IO-Kerngruppe. Das Produktportfolio von Molex umfasst E/A-Geräte- und Controller-Kits, Netzkabel, Stecker, Feldanschlusssteckverbinder, E/A-Module, Ethernet-Switches, PCI- und PCI-Express-Schnittstellen, Proxys und Gateways.
Als zertifiziertes PROFINET-Kompetenzzentrum, Testlabor und Schulungszentrum für Europa mit Standorten in Italien und Frankreich nutzt Molex einen PROFINET-Demonstrator und bietet Produktvorführungen, Seminare, Workshops und technischen Support an. PROFINET eignet sich besonders gut für die Verwendung mit Geräten verschiedener Hersteller wie Siemens, Allen-Bradley, Omron und Mitsubishi, da es unterschiedliche Steuerungsplattformen und zahlreiche Feldbusse, darunter PROFINET, PROFIBUS und DeviceNet, nutzt. Die Demonstrationswand veranschaulicht dies mithilfe von PROFINET RT und geeigneten Proxys.
Für die Bewegungssteuerung, bei der Geschwindigkeit und präzise Synchronisierung von E/A-Geräten erforderlich sind, wird PROFINET IRT empfohlen. Das Konzept von Echtzeit-Ethernet im isochronen Modus ist relativ einfach zu verstehen: Es basiert auf der Programmierung des Kommunikationssystems, die die präzise Synchronisierung separater Zyklen und Zeitbereiche für Prozesse mit und ohne Echtzeitanforderungen umfasst.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Es existiert ein offener TCP/IP-Kanal für Standarddaten, der RT-Kanal für die Hochleistungsübertragung zyklischer Daten und ereignisgesteuerter Signale sowie der IRT-Kanal für die Hochleistungs-Übertragung isochroner Daten, wodurch Jitter auf unter 1 µs minimiert wird. Der Vorteil dieser Motion-Control-Topologie liegt darin, dass Standard-Ethernet-Geräte jederzeit an das Netzwerk angebunden werden können, da der Echtzeitbereich nicht geschlossen ist. Dies wird durch ein erweitertes Echtzeit-Ethernet-Controller-Modell erreicht, das den IEEE-1588-Standard für die Taktsynchronisation integriert.
Sicherheit, ehemals ein Kostenfaktor, ist heute eine Strategie zur Steigerung der Produktivität und Reduzierung von Ausfallzeiten. Aus diesem Grund wurde das Modul für funktionale Sicherheit PROFIsafe in die PROFINET-Lösung integriert. Dieses Modul deckt sicherheitsrelevante Aspekte von Kommunikationssystemen ab, wie Adressierung, Überwachung von Timern, Sequenzierung, Signaturen usw., um den Schutz von Bedienern und Anlagen vor Gefahren durch Produktions- und Maschinenfehler zu gewährleisten.
Mit 20 Jahren Erfahrung im Automatisierungssektor ist Molex bestens aufgestellt, um umfassende technische Unterstützung während des gesamten PROFINET-Integrationsprojekts zu bieten – von der Implementierung des PROFINET-Stacks und der zugehörigen Tools bis zur Inbetriebnahme von PROFINET-Systemen mit entsprechender Testzertifizierung, einschließlich Hardware- und Firmware-Bereitstellung. Das umfassende Know-how und die langjährige Erfahrung der Molex-Ingenieure sind für den Übergang von PROFIBUS zu den Vorteilen von PROFINET von unschätzbarem Wert.
