Ethernet im Feldbereich ist ein Hauptthema über zukünftige Konzepte der Automatisierungstechnik. Doch der bloße Einsatz von Ethernet ist zu wenig. Viel wichtiger sind neue Automatisierungsstrukturen. Das Projektierungstool Profinet der Profibus-Nutzerorganisation (PNO) bietet hier einen neuen Ansatz.
Dipl.-Ing Günter Baumann ist Mitarbeiter der Siemens A&D, Nürnberg
Von der dezentralen Aufbautechnik mit einer zentralen Steuerungsintelligenz und dezentral angeschlossenen I/O-Baugruppen und Feldgeräten geht der Trend zu Automatisierungsstrukturen mit verteilter Intelligenz, die ein modulares Anlagenkonzept exakt abbilden können. Diese Modularität, in der Mechanik bereits seit Jahren praktiziert, ordnet die Steuerungslogik den Maschinen- und Anlagenteilen direkt vor Ort zu. Das spart nicht nur Schaltschränke und Verkabelung, sondern liefert auch enorme Einsparpotenziale bei der Entwicklung, Montage, Inbetriebsetzung und Erweiterung der Anlage.
Das Profinet-Konzept der PNO führt nun die Modularisierung konsequent bis in die Ebene der Mechatronik: Mechanik, Elektrik und Steuerungsprogramm werden zu einer autarken Einheit. Diese getesteten Module sind für sich optimiert und werden später durch Verschalten zu einer komplexen Anlage gebündelt.
Die gleiche Grundidee bewährt sich bereits in der SPS- und in der objektorientierten Programmierung. Für die Kommunikation zwischen den Komponenten setzt Profinet auf das TCP/IP-Protokoll, das sich für die gleichberechtigte Kommunikation autarker Module auf Ethernet anbietet. Auch die Integration in die IT-Landschaft wird dadurch erheblich erleichtert, da dies der unbestrittene De-facto-Standard in diesem Bereich ist. Profinet steht als Open-Source-Modell allen Interessenten zur Verfügung. Systemhersteller wie Siemens, Moeller oder Bosch realisieren derzeit Lösungen.
Jedes Gerät muss die sogenannte Runtime-Software enthalten. Den Quellcode gibt es von der PNO kostenlos übers Internet. Diese Software erhält einerseits bei der Projektierung des mechatronischen Moduls die Informationen über die definierte Schnittstelle. Andererseits erhält sie beim Verschalten der Anlage mit dem Engineering-Modell die Informationen, wohin diese Schnittstellensignale gehen oder woher sie kommen. Beim Betrieb der Anlage sorgt die Runtime-Software dann automatisch für einen koordinierten Datenaustausch.
Die Profinet-Kernsoftware ist betriebssys-temneutral, so dass sie sich leicht in die unterschiedlichen Steuerungen einbinden lässt. Die Daten werden ereignisgesteuert übertragen. Dies verringert den Datenverkehr auf ein Minimum und erhöht die Verfügbarkeit des Netzes. Damit wirkt Profinet einem häufigen Kritikpunkt für den Einsatz von Ethernet entgegen: dem nichtdeterministischen Verhalten.
Profinet definiert mit dem sogenannten Engineering-Modell auch die Art der Anlagenprojektierung. Auf der Basis dieses Modells entstehen Projektierungswerkzeuge, mit denen Komponenten verschiedenster Hersteller zu einer Gesamtanlage zusammengeschaltet werden können (offenes Anlagen-Engineering). Über einen Erweiterungsmechanismus lassen sich neue Geräte und Technologien einbinden. iMap ist ein erstes Profinet-Engineering-Tool von Siemens. Auf seiner grafischen Oberfläche werden die Maschinen- oder Anlagenmodule busunabhängig über ihre Software-Komponente mit den technologischen Schnittstellen dargestellt. Der Programmierer verbindet die Komponenten nur noch grafisch durch das Ziehen von Linien. Damit sind alle nötigen Kommunikationsbeziehungen zwischen den Komponenten festgelegt. Neben den Daten für die Kommunikationsverbindungen erzeugt das Engineering Tool auch die Daten für den Zugriff aus Visualisierungssystemen oder IT-Standardanwendungen.
Auch das Testen und Inbetriebnehmen der Anlage erfolgt online über das grafische Engineering Tool. Entsprechende Test- und Diagnosefunktionen sind integriert
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