Wenn Sie jemals einen Drucker in Ihrem Büro oder einen Router zu Hause installiert haben, haben Sie wahrscheinlich ein Ethernet-Kabel verwendet. Die meisten Leute denken, “Ethernet” bezeichnet einfach den Kabeltyp und belassen es dabei. Aber in der Tat stellt das Kabel nur den physischen Teil des Ethernet-Netzwerk-Kommunikationsprotokolls dar, und PROFINET ist ein weiterer Teil davon.

Eine kurze Geschichte von PROFINET

Das Ethernet-Kabel wurde für eine Reihe von Kommunikationsprotokollen entwickelt. Sie haben von zweien gehört, dem Internet-Protokoll (IP) und dem Übertragungskontrollprotokoll (TCP). Für Büros und Häuser reichen diese beiden aus. Mit ihnen haben Sie alles, was Sie für ein Büro oder zu Hause brauchen – Dateifreigabe, Drucker und E-Mail-Zugang, und natürlich Netzsurfen. Eine Industrieanlage hat jedoch unterschiedliche Bedürfnisse. In der Fabrik müssen Steuergeräte auf Daten in Antriebssystemen, Ein-/Ausgabe-(I/O)-Geräten und Workstations zugreifen.

Und hier braucht man superschnelle Antworten, während ein Benutzer im Büro warten kann. Und zu guter Letzt muss man vor Abrieb, Feuchtigkeit, Temperaturänderungen, sogar schädlichen Chemikalien schützen. Um diese Probleme auf industriellem Maßstab zu lösen, schufen Computer-Ingenieure eine neue Ethernet-Kategorie, das Industrielle Ethernet. Dann wurde basierend darauf das PROFINET Netzwerk-Kommunikationsprotokoll erstellt. Also lassen Sie uns tiefer graben und sehen, wie PROFINET funktioniert.

Wie funktioniert PROFINET

PROFINET verbindet Prozessgeräte – Sensoren, Aktoren und dergleichen – mit Steuerungssystemen. PROFIBUS und PROFINET International (PI) erstellten dieses Protokoll mit ein wenig Hilfe von einigen großen Anbietern. Es entspricht dem Ethernet-Standard IEEE 802 in IEC 61158 und IEC 61784. Das bedeutet, dass Sie einen Drucker und einen Durchflussmesser im selben Netzwerk haben können! Wie cool ist das? Allerdings läuft PROFINET viel schneller als Ihr Büro-Ethernet, mit Zyklusraten in Sub-Millisekunden. Um zu erklären, wie das funktioniert, müssen wir uns an das ISO/OSI-Referenzmodell wenden. Das Modell Open Systems Interconnection (OSI) verfügt über sieben Ebenen, um zwei Punkte in einem Netzwerk zu verbinden. Sehen Sie es sich an:

OSI-Referenzmodelltabelle
Mit freundlicher Genehmigung von router-switch.com

Der Ethernet-Standard vereinfacht dieses Modell auf vier Ebenen:

  • Ethernet = physikalische und Datenverknüpfungsschichten
  • IP = Netzwerkschicht
  • TCP oder User Datagram Protocol (UDP) =  Transportschicht
  • Andere Protokolle = Anwendungsschicht

PROFINET verwendet diese vier Schichten, manchmal aber nicht alle. Zum Beispiel überspringt Echtzeit-PROFINET das Netzwerk und die Transportschichten, was die Antwort viel schneller als das Standard-TCP/IP-Modell macht. Drei Kanäle tauschen Daten mit einem Steuergerät in PROFINET:

PROFINET IO

PROFINET IO verwendet das Anbieter-Verbraucher-Modell des Datenaustauschs und nicht das Master-Slave-Modell, das von PROFIBUS übernommen wurde. Diese Geräte passen in drei Kategorien:

  • Steuergerät: Üblicherweise werden entweder die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder das Distributed Control System (DCS) verwendet. Das Steuergerät sendet Ausgabedaten an einige IO-Geräte und empfängt Eingabedaten von anderen. Ähnlich einem Master der Klasse 1 in PROFIBUS.
  • Geräte: Sensoren oder Aktoren, die über Ethernet-Kabel mit dem Steuergerät verbunden sind. Diese Geräte erhalten Ausgabedaten vom Steuergerät und senden Eingabedaten an das Steuergerät. Ähnlich wie Slaves in PROFIBUS.
  • Supervisor: PCs, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) oder andere Überwachungs-, Inbetriebnahme- oder Diagnosegeräte. Ähnlich einem Master der Klasse 2 in PROFIBUS.

Um ein PROFINET IO-System einstellen zu können, benötigen Sie mindestens ein Steuergerät und ein Gerät. Aber Sie können verschiedene Systeme einrichten – mehrere Steuergeräte für ein einzelnes Gerät, ein einzige Steuergerät für mehrere Geräte oder mehrere Steuergeräte für mehrere Geräte. Normalerweise werden Sie die Supervisors vorübergehend benutzen, um Fehler zu beheben und zu beauftragen. Ein PROFINET-System verfügt auch über Netzwerkkomponenten wie Schalter und Wireless Access Points. Einige Komponenten können als IO-Geräte für verbesserte Diagnostik arbeiten.

Konfiguration von PROFINET-Geräten

Um ein PROFINET IO-Gerät zu konfigurieren, benötigen Sie zwei Dinge – ein Werkzeug, um als Supervisor zu fungieren und eine General Station Description (GSD)-Datei. Diese GSD-Datei, die vom Gerätehersteller bereitgestellt wird, ähnelt Dateien, die in PROFIBUS verwendet werden. Es ist jedoch XML-basiert und wird GSDML genannt. Nach der Konfiguration lädt die GSDML-Datei zum Steuergerät und verbindet es mit den Geräten. Die Ein- und Ausgänge fließen dann zwischen den Geräten und dem Steuergerät als zyklische Daten. Weitere Informationen wie Diagnosedaten bewegen sich als azyklische Daten.

Um mehr über das PROFINET Netzwerk-Kommunikationsprotokoll zu erfahren, fragen Sie gerne unsere Ingenieure!

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