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PROFINET: der sichere Kommunikationsstandard in industriellen Netzwerken

PROFINET ist die Weiterentwicklung von PROFIBUS und erweitert diesen Feldbusstandard um neue, hilfreiche Anwendungen basierend auf Industrial Ethernet. Doch wie genau funktioniert PROFINET? Warum sollten Sie dieses Kommunikationsprotokoll für die Fabrik- bzw. Prozessautomatisierung verwenden? Und worin unterscheiden sich PROFIBUS und PROFINET?

PROFINET bietet Ihnen die folgenden Vorteile:

  • Einfache und nahtlose Integration etablierter Feldbussysteme über Proxys bzw. Gateways
  • Hohe Betriebssicherheit und Verfügbarkeit
  • Transparente Datenzugänglichkeit
  • Detaillierte, aussagekräftige Diagnosemöglichkeiten

Die Grundlagen von PROFINET

Mit PROFINET können Automatisierungslösungen im Bereich der Fabrikautomation, der Prozessautomatisierung sowie der Gebäudeautomation umgesetzt werden. Außerdem werden Lösungen in Sicherheitsanwendungen sowie der gesamten Bandbreite der Antriebstechnologie, bis hin zur taktsynchronisierten Bewegungssteuerung, verwendet.

Der offene Industrial Ethernet Standard

PROFINET (Process Field Network) ist ein auf Industrial Ethernet basierender Kommunikationsstandard mit einem umfassenden Anwendungsspektrum. Der Feldbus nutzt TCP/IP und IT-Standards, ist echtzeitfähig und ermöglicht die Integration von Feldbus-Systemen. PROFINET wurde von Siemens und den Mitgliedsfirmen der PROFIBUS-Nutzerorganisation (PNO) entwickelt und wird in Verbindung mit den Siemens-Steuerungssystemen eingesetzt. Durch die Normen IEC 61158 und IEC 61784 wurde PROFINET standardisiert und deckt, als universale Kommunikationstechnik, alle Anforderungen der Automatisierungstechnik ab.

Die weltweite Kompatibilität eines PROFINET-Geräts wird durch eine Zertifizierung der Nutzerorganisation PNO sichergestellt.

Warum PROFINET für die Automatisierung Ihrer Anlagen die richtige Wahl ist:

Mit seiner durchgängigen, Ethernet-basierten Kommunikation erfüllt PROFINET die unterschiedlichsten Anforderungen. Vom datenintensiven Parametrieren bis zur extrem schnellen I/O-Datenübertragung ermöglicht PROFINET Automatisierung in Real-Time sowie eine IT-Integration mit nur einem System. Durch den modularen Aufbau können Anwender ganz individuell ein passendes PROFINET-Paket (Anwendungsprofil) auswählen und in ihrer Anlage implementieren.

Die offene Architektur von PROFINET ermöglicht zudem eine leichte und nahtlose Integration etablierter Feldbuslösungen, z.B. durch den Einsatz von Proxys bzw. Gateways. Zusätzlich bietet PROFINET intelligente Diagnose-Konzepte für Feldgeräte und Netzwerke an. Dabei liefern azyklische Diagnosedaten wichtige Informationen über den Zustand der PROFINET-Geräte sowie deren Kommunikation und ermöglichen so die anwenderfreundliche Darstellung der Vernetzung.

Der Funktionsumfang von PROFINET

Um den unterschiedlichen Anforderungen der Automatisierungsanlagen gerecht zu werden, wurden bei PROFINET vier aufeinander aufbauende Conformance Classes (CC) mit einem jeweils für den typischen Anwendungsbereich abgestimmten Funktionsumfang definiert. Diese fassen anwendungsorientierte Mindesteigenschaften zusammen:

  • CC-A enthält die Grundfunktionen und ist z.B. auf den Einsatz in der Gebäudeautomation ausgerichtet
  • CC-B erweitert den Funktionsumfang um Netzwerkdiagnose und Topologie-Informationen; hier kommen bei CC-B(PA) für die Prozessautomatisierung relevante Funktionen wie beispielsweise Redundanz und „Dynamic Reconfiguration“ (Änderungen der Controllerkonfiguration im laufenden Betrieb) hinzu
  • CC-C ist eine weitere Erweiterung zur Realisierung von IRT-Kommunikation (Isochroneous Real Time) und damit die Basis für taktsynchrone Applikationen
  • CC-D erweitert die Klasse C mit dem Unterschied, dass diese Dienste mit den durch IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) definierten Mechanismen des TSN (Time-Sensitive Networking) erbracht werden

Der Aufbau des Kommunikationsprotokolls

PROFINET reduziert das bekannte 7-schichtige OSI-Modell auf ein einfaches 4-schichtiges TCP/IP-Modell. Somit verwendet PROFINET, genau wie andere Ethernet-basierte Kommunikationstechnologien, das TCP/IP-Protokoll zum Transport von Daten. Die vier spezifischen Schichten des TCP/IP-Modells sind: Netzwerk, Internet, Transport und Anwendung.

Büronetzwerk
Stellungsregler Typ 8792
Typ 8792 - Digitaler elektropneumatischer Stellungsregler: Positioner SideControl. Mehr über Typ 8792 erfahren.
FLOWave Typ 8098
Typ 8098 - FLOWave SAW-Durchflussmesser. Mehr über FLOWave Typ 8098 erfahren.
PROFINET
PROFINET ist ein auf Industrial Ethernet basierender Kommunikationsstandard mit einem umfassenden Anwendungsspektrum: es nutzt TCP/IP und IT-Standards, ist echtzeitfähig und ermöglicht die Integration von Feldbus-Systemen.
Stellungsregler Typ 8692
Typ 8692 - Digitaler elektropneumatischer Stellungsregler für den integrierten Anbau an Prozessregelventile. Mehr über Typ 8692 erfahren.

Datenübertragung und Topologie von PROFINET

Datenaustausch und Echtzeitfähigkeit

Zum Datenaustausch zwischen den Netzwerkteilnehmern unterstützt PROFINET das Provider-Consumer-Prinzip. Das bedeutet, dass sowohl der Controller als auch das Feldgerät (IO-Device) von sich aus selbständig die zyklischen Daten versenden, sobald sie dies aufgrund einer Störung oder einer Anfrage müssen. Außerdem besteht die Möglichkeit einer programmierten Anfrage, beispielsweise das jede x Millisekunde die Daten automatisch geschickt werden.

Um die hohen Anforderungen in Echtzeit einzuhalten, bietet PROFINET entsprechende Mechanismen, die sowohl Standard- als auch Echtzeitkommunikation parallel ermöglichen. Daher ist die Kommunikation mit PROFINET über drei aufeinander aufbauenden Leistungsstufen skalierbar:

  • Die Übertragung von Engineering- und zeitunkritischen Daten erfolgt über TCP/IP. Diese Standardkommunikation ist zwischen allen Automatisierungsgeräten möglich.
  • Für die Übertragung von Prozessdaten steht der Echtzeitkanal Real-Time (RT) zur Verfügung.
  • Für taktsynchrone Anwendungen wie Motion Control, wird die Isochrone Real-Time-Kommunikation (IRT) genutzt, die bei einer Taktrate von kleiner 1 Millisekunde eine Jitter-Genauigkeit von 1 μs und weniger ermöglicht.
Netzwerktopologie

PROFINET bietet eine flexible Netzwerktopologie zur optimalen Erfüllung der Anforderungen in Bezug auf räumliche Ausdehnung und Verfügbarkeit und kann somit problemlos den Gegebenheiten der Anlagen folgen. Unterstützt werden dabei:

  • die Linie, die vorrangig Endgeräte mit integrierten Switches im Feld verbindet
  • der Stern mit einem zentralen Switch, dieser ist vorrangig im Schaltschrank verbaut
  • der Ring, vorrangig zur Realisierung der Medienredundanz und
  • der Baum, als eine Mischung der obigen Topologien
Anschlusstechnik

Der Anschluss der PROFINET-Geräte erfolgt ausschließlich über Switches. Um eine kostengünstige und einfache Installation zu ermöglichen, haben viele PROFINET-Geräte bereits einen Switch mit 2 oder mehr Ports als Komponenten im Netzwerk integriert. Als Übertragungsmedium können Kupfer- sowie Lichtwellenleiter eingesetzt werden.

Da PROFINET die gleiche physikalische Schnittstelle wie Ethernet verwendet, können Standard-Ethernet-Switches und eine passende Verkabelung zum Aufbau, bzw. zur Erweiterung eines Netzwerks angewendet werden.

Aufbau des PROFINET-IO-Systems

Das PROFINET-IO-(In and Output) Netzwerk besteht aus drei Systemkomponenten (Geräteklassen). Es gibt den IO-Controller, der den Austausch von Informationen initiiert und über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) verwaltet. Das IO-Device, das einem IO-Controller zugeordnet ist (ein dezentral angeordnetes IO-Gerät) sowie den IO-Supervisor (Programmiergerät (PG), ein Personal Computer (PC) oder Human-Machine-Interface (HMI)), der die Konfiguration und Diagnose eines PROFINET-IO-Netzwerks ermöglicht.

PROFINET: Die Weiterentwicklung von PROFIBUS

PROFIBUS ist ein etabliertes Feldbussystem, welches auf der seriellen Kommunikation basiert. PROFINET dagegen, ist eine Weiterentwicklung von PROFIBUS und umfasst zusätzliche Anwendungen auf der Basis von Industrial Ethernet.

Die Entwicklung von PROFINET wurde durch die Anzahl der Netzwerkteilnehmer, die Verwendung eines industriellen Ethernet-Kabels, die Übertragungsgeschwindigkeit, die Größe der Datenpakete und die mögliche Koexistenz mit anderen Protokollen, die PROFINET akzeptieren kann, bestimmt.

Da beide Kommunikationsstandards von der gleichen Organisation entwickelt wurden und durch diese gepflegt werden, gibt es Ähnlichkeiten in den Engineering-Konzepten sowie in der Verwendung von GSD-Dateien (General Station Description) zur Beschreibung der Eigenschaften und Funktionen der PROFINET-Geräte, inkl. ihrer Module und Submodule.

Unsere Bürkert-Kompetenzen

Wir sind seit Jahren ein verlässlicher Partner der Industrie und bieten Ihnen qualitativ hochwertige Technologie-Lösungen an. Dies gilt auch für den Bereich der Automatisierungstechnik. Ein essentieller Bestandteil moderner Automatisierungskonzepte ist dabei auch die digitale Kommunikation. Aus diesem Grund wird jedes unserer Produkte mit dem PROFINET-IO-Protokoll von internen Experten getestet und vorzertifiziert und anschließend von der PNO zertifiziert. Die zentrale Zertifizierung der PROFINET-IO-Produkte gewährleistet somit eine globale Kompatibilität. Bürkert ist ein langjähriges Mitglied der PNO

Um Sie bei der Automatisierung Ihrer Produktionsanlagen bestmöglich unterstützen zu können, bieten wir Ihnen das Kommunikationsprotoll PROFINET IO in vielen unserer Anwendungen und Produkten.

Anwendungsbeispiele mit PROFINET

Bürkert-Produkte mit PROFINET IO sind überwiegend in der Prozessautomatisierung zur Steuerung und Regelung von Medien (Gasen, Flüssigkeiten) vorzufinden, werden aber auch immer häufiger in folgenden Bereichen eingesetzt:

  •  Zuführung von Brenngasen
  •  Prozessanlagen zur Nahrungsmittelherstellung sowie in der Getränkeindustrie und in Molkereien
  •  Automatisierung & Steuerung für die Wasser-/Abwasserbehandlung

Unsere mit PROFINET kompatiblen Produkte

Typ 8692

Digitaler elektropneumatischer Stellungsregler für den integrierten Anbau an Prozessregelventile

Typ 8692
  • Kompaktes und robustes Edelstahldesign
  • Einfachste Inbetriebnahme mit automatischer X-Tune Funktion
  • Berührungsloser Wegaufnehmer
  • Integrierte Steuerluftführung und Federkammerbelüftung
  • EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 oder Bürkert-Systembus (büS)

Typ 8693

Digitaler elektropneumatischer Prozessregler für den integrierten Anbau an Prozessregelventile

Typ 8693
  • Kompaktes und robustes Edelstahldesign
  • Einfachste Inbetriebnahme durch Tune-Funktion für Stellungs- und Prozessregler
  • Berührungsloser Wegaufnehmer
  • Integrierte Steuerluftführung und Federkammerbelüftung
  • PROFIBUS DP-V1, EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP oder büS (Bürkert System Bus)

Typ 8792

Digitaler elektropneumatischer Stellungsregler: Positioner SideControl

Typ 8792
  • Kompakte und robuste Bauform
  • Einfache Inbetriebnahme durch Tune-Funktion
  • Integrierte Diagnosefunktionen zur Ventilüberwachung
  • Dynamisches Stellsystem ohne Luftverbrauch im ausgeregelten Zustand
  • EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 oder Bürkert-Systembus (büS)

Typ 8793

Digitaler elektropneumatischer Prozessregler SideControl

Typ 8793
  • Kompakte und robuste Bauform
  • Inbetriebnahme durch TUNE-Funktion von Stellungs- und Prozessregler
  • Integrierte Diagnosefunktionen zur Ventilüberwachung
  • Dynamisches Stellsystem ohne Luftverbrauch im ausgeregelten Zustand
  • EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 oder Bürkert-Systembus (büS)

Typ 8098

FLOWave SAW-Durchflussmesser

Typ 8098
  • Ohne jegliche Teile im Messrohr, kompakt, geringes Gewicht und niedriger Energieverbrauch
  • Konform zu hygienischen Anforderungen, CIP-/SIP-fähig
  • Ideal für Flüssigkeiten mit niedriger oder keiner Leitfähigkeit
  • Digitale Kommunikation, Parametrierung über Communicator, Display
  • Optional: ATEX/IECEx-Zertifizierung, II 3G/D

Typ 8745

Massendurchflussregler (MFC)/ Massendurchflussmesser (MFM) für Gase

Typ 8745
  • Nenndurchflussbereiche von 20 l/min bis zu 2500 l/min
  • Hohe Mess- und Wiederholgenauigkeit
  • Kommunikation über Normsignale oder Industrial Ethernet
  • Elektromagnetischer und elektromotorischer Ventilantrieb verfügbar
  • Erleichterter Geräteaustausch durch Konfigurationsspeicher

Typ 8652

AirLINE - Die Ventilinsel - optimiert für die Prozessautomatisierung

Typ 8652
  • Sicherheitsgerichtete Abschaltung von Ventilen möglich
  • Einfache Diagnose durch LC-Display
  • Prozesssicherheit durch pneumatische Funktionen
  • Optimiert für die Montage am Schaltschrankboden
  • Explosionsgeschützte Ausführungen gemäß ATEX/IECEx Zone2

Typ 8647

AirLINE SP – Elektropneumatisches Automatisierungssystem

Typ 8647
  • Direkte Anbindung an die I/O-Systeme SIMATIC ET 200SP und ET 200SP HA
  • Vollintegration in Siemens Prozessleitsystem PCS 7 möglich
  • Kombination von Feldbus, Pilotventilen und I/O-Modulen
  • Einfache Diagnose durch LC-Display
  • Sicherheitsgerichtete Abschaltung von Ventilen möglich

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