Industrielles Ethernet

Offen für alle Plattformen

• • Standard-Ethernet-Controller: Durch die Integration eines Profinet-Protokollstacks kann eine vorhandene Industrieelektronik mit Ethernet-Controller um Profinet-Funktionen erweitert werden. Zusätzliche Hardware ist nicht notwendig (Bild 1). Damit lassen sich zwar keine synchronisierten Motion-Applikationen lösen, jedoch die am weitesten verbreiteten Echtzeit-anforderungen bis 1ms. Einfaches Beispiel für solch eine Integration ist ein Profinet-Device oder Controller auf einem Raspery PI oder Beaglebone Black.
• • Profinet-Protokoll-Asics: Von der Feldbustechnik sind spezifische Protokoll-Asics bekannt, z.B. SPC3 für Profibus oder Supi für Interbus. Gleiche Lösungen gibt es natürlich auch für die Profinet-Integration. Die Protokollabarbeitung inklusive der optionalen IRT-Synchronisierung erfolgt auf einem spezifischen Asic. Der PHY zur Ansteuerung der Ethernet-Hardwareschnittstelle und zwei Ports für die Linienintegration sind integriert. Der Applikationsprozessor, der z.B. die Antriebsregelung übernimmt, erhält und versendet die aufbereiteten Daten per Dualport-RAM oder seriellem Interface (Bild 2). Dadurch sind Kommunikation und Applikation in dem Gerät klar getrennt.
• • FPGAs: Eine flexible Profinet-Integration mit integrierter Vorverarbeitung steht mit FPGAs zur Verfügung. Fertig getestete IP-Cores sind für die verschiedenen Anforderungen – inklusive IRT-Kommunikation – für die Integration in einem Gesamtgerät verfügbar. Durch die FPGA-Technik sind schnelle Anpassungen an die Kundenanforderungen ohne Hardware-Redesigns möglich.
• • Hardware-Bausteine mit Profinet-Unterstützung: Durch die Leistungsfähigkeit der Elektronik finden Hardware-Bausteine, die sowohl die Profinet-Protokollverarbeitung als auch die Applikationsbearbeitung in Hardware und Firmware zusammenführen immer mehr Verbreitung (Bild3). Dadurch reduzieren sich im Vergleich zu einer Mehrprozessorlösung die Bauteilanzahl und der Koordinationsaufwand.
• • Module: Schon in Feldbuszeiten haben sich Einsteckmodule bewährt, die ähnlich wie Protokoll-Asics eine definierte Applikationsschnittstelle anbieten. Hier ist keine Hardware-Entwicklung notwendig, wenn die Schnittstelle bereits vorhanden ist. Die Interface-Module sind für eine PC-Integration aber auch für auf kleinere Abmessungen ausgelegte Stecker verfügbar.
• • Gateways: Besonders bei eher kleineren Stückzahlen werden Gateways angewandt, die andere serielle Protokolle auf Profinet umsetzen.

Diese unterschiedlichen Plattformen finden nicht nur bei einer Profinet-Device-Entwicklung, sondern auch bei der Integration eines Profinet-Controllers in Steuerungen, PCs oder anderen Automatisierungssystemen Anwendung. Die genannten Integrationsmöglichkeiten erfordern verschiedene Stufen der Hardware-/Firmware-Integration und damit des Eigenentwicklungsanteils bei den Geräteherstellern. Damit lassen sich auch die Einarbeitungszeit und Auslastung in den Firmen steuern, aber auch die stückzahlabhängigen Gerätekosten.

Alleinstellungsmerkmale integrieren

Die Auswahl der richtigen Integrationsplattform und des kundengerechten Funktionsumfangs des jeweiligen Profinet-Geräts erfordert bei der Entwicklung etwas mehr Überlegung als wenn nur wenige Plattformen oder eingeschränkte Dienste durch eine Kommunikationsarchitektur möglich sind. Aber nur so sind sowohl funktions- als auch kostenoptimierte Geräte möglich, die es dem Hersteller erlauben Alleinstellungsmerkmale zu integrieren, die zusätzlichen Nutzen für den Endanwender bringen. Die Provider (Bild 4) unterstützen auf Basis von Anforderungen und Randbedingungen eines Geräteherstellers bei dieser Auswahl. Zur Vereinfachung des Hardware-Designs stehen dazu Minimalbeispiele und Stücklisten zur Verfügung. Für die Integration des Antriebsprofils Profidrive steht durch die Arbeit der Community sowohl auf Device- als auch auf Controllerseite Sourcecode zur Verfügung. Das vereinfacht eine Implementierung in Geräte für Bewegungssteuerungen, Numerische Steuerungen und Robotern. Profidrive mit seinen unterschiedlichen Applikationsklassen deckt alle Anwendungen von einfachen Drehzahlachsen bis zu interpolierten taktsynchronen Mehrachsanwendungen ab. Der Anwender profitiert dabei von der einheitlichen Applikationsschnittstelle bei unterschiedlichen Herstellern. Für ein unabhängiges Bild bietet die Nutzerorganisation entsprechende Workshops an (www.profibus.com/PROFINETWS). Manche erweiterte Möglichkeiten von Profinet werden leider noch nicht von allen Geräteherstellern genutzt, da diese nur Funktionen anbieten wollen, die zusammen mit anderen Kommunikationsarten eingesetzt werden. Die Weiterentwicklung ist aber jederzeit möglich und oft nur eine Frage der Zeit.

Kosteneinsparungen realisieren

Bei der Beurteilung der Kosten müssen verschiedene Faktoren betrachtet werden: Durch die beschriebene Auswahl von möglichen Hardware-Plattformen lässt sich die für das jeweilige Gerät geeignete Lösung mit der notwendigen Rechenleistung und passendem Speicherbedarf finden. Die Anforderungen bzw. Möglichkeiten entwickeln sich erfahrungsgemäß sehr dynamisch weiter. Einfache Designs, z.B. mit Standard-Ethernet-Technik, lassen inzwischen sogar Integrationskosten unter Feldbusniveau zu. Die zumeist vorhandene Profibus-Erfahrung vereinfacht das Einarbeiten in die Systemumgebung, denn viele Mechanismen und Vorgehensweisen sind übernommen worden. Dementsprechend lässt sich die eigene Geräteapplikation schnell anpassen. Bei der Betrachtung des Stack-Umfangs ist zu beachten, dass viele Funktionen, wie die umfangreiche Diagnoseauswertung in Profinet, definiert sind. Das erspart Geräteherstellern die Konzeptarbeiten und das Implementieren auf Applikationsebene, wirkt sich aber natürlich auf die Profinet-Stack-Größe aus. Der hohe Standardisierungsgrad reduziert die Systemtestkosten. Da die einzelnen technischen Verfahren, wie z.B. MRP für Redundanz, von vielen Herstellern ausführlich spezifiziert und später im Zertifizierungstest geprüft werden, fallen im Vergleich zu herstellerspezifischen Verfahren erfahrungsgemäß weniger Kosten an. Zudem ist durch den hohen Qualitätsstand der Norm und der Zertifizierung die Qualität der Produkte beim Endkunden höher. Niedrigere Folgekosten und größere Kundenzufriedenheit ergeben sich daraus.