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Profinet als Kommunikationsstandard in der Automobilindustrie

Bild 1. Deutsche Automobilhersteller wollen in neuen Anlagenteilen künftig konsequent Profinet einsetzen

Bild 2. Einbaufertige Kommunikationsmodule erleichtern die Realisierung einer Profinet-Geräteschnittstelle

Die deutsche Automobilindustrie hat sich schon häufig als Vorreiter bei der Einführung neuer Technologien hervorgetan. So setzte sie bereits in den frühen 90er-Jahren auf Profibus und Interbus als Kommunikationsstandards. Derzeit vollzieht sich ein Wechsel von den Feldbussen hin zu Industrial Ethernet. Die Automatisierungsinitiative deutscher Automobilhersteller (Aida) unterstützt Profinet als künftigen Netzwerkstandard für die Automatisierung der Fertigungsanlagen. Das stellt auch die Zulieferer vor neue Herausforderungen.

Profinet ermöglicht es Echtzeitdaten, IT-Funktionen und sichere E/A-Signale über ein einziges Kabel zu übertragen. Darüber hinaus kann es dank der in den Automatisierungsgeräten integrierten Switches in Linientopologie verdrahtet werden, was externe Verbindungselemente (Switche) einspart. Zudem sparen Anwender die Kosten für die interne Netzwerkadministration, die sich jährlich typischerweise auf 500 € bis 1 000 € pro Switchport belaufen. Da so bei einer Anlage mit zehn Profinet-Teilnehmern schnell eine jährliche Kostenersparnis von bis zu 10 000 € erzielt werden kann, drängen sich Profinet-Geräte mit integriertem Switch geradezu auf.
Aida-konforme Profinet-Schnittstelle
Mit Netzwerkmanagementfunktionen für die Nachbarschaftserkennung, Redundanzumschaltung und Schnellstart sowie umfangreichen Diagnosefunktionen bietet Profinet die besten Voraussetzungen für den Einsatz in der Automobilindustrie. In Zusammenarbeit mit den in der Aida zusammengeschlossenen deutschen Automobilherstellern Audi, BMW, Daimler und VW hat die Profibus Nutzerorganisation die vielfältigen Profinet-Funktionen in Konformitätsklassen eingeteilt. Für den Einsatz in der Automobilindustrie muss eine Profinet-Anschaltung die Konformitätsklasse B oder C erfüllen (Bild 1).
Eine Aida-konforme Profinet-Geräteschnittstelle in Eigenregie zu realisieren ist aufwendig und nur dann zu empfehlen, wenn die Profinet-Schnittstelle die Kernfunktion des Automatisierungsgeräts bildet. In allen anderen Fällen ist es sinnvoll auf Profinet Basistechnologie-Komponenten zurückzugreifen. HMS bietet diesbezüglich ein breites Spektrum zertifizierter Basistechnologie an. Bei allen diesen Lösungen muss sich der Gerätehersteller nicht mit den Details der Profinet-Protokolle und Stacks beschäftigen, sondern kann seine Kommunikationsschnittstelle auf Basis der bewährten Anybus-Technologiekomponenten realisieren. Dank der modularen Bauform entsteht eine universelle Kommunikationsschnittstelle, mit Anschlussmöglichkeiten an viele industrielle Netzwerke.
Einbaufertige Kommunikationsmodule
Die geräteinterne Realisierung der Profinet-Schnittstelle erleichtern einbaufertige Kommunikationsmodule von HMS. Sie wickeln das gesamte Profinet-Protokoll selbstständig ab, ohne den Geräteprozessor zu belasten. Die Anybus-Module enthalten alle Hardware-Komponenten der Profinet-Schnittstelle einschließlich eines 2-Port-Switches (Bild 2). Die Entwicklung reduziert sich auf die Anbindung des Moduls an die Geräteelektronik über eine serielle oder parallele Dualport-Ram-Schnittstelle.
Die modulare Lösung reduziert die Entwicklungskosten und die Entwicklungszeiten. Ein weiterer Vorteil ist, dass neben Profinet auch funktionskompatible Module für fast alle anderen Industrial-Ethernet-Varianten und Feldbusse zur Verfügung stehen. Alle Module haben eine einheitliche Hard- und Software-Schnittstelle, sodass die Gerätesoftware weitgehend unabhängig vom jeweils eingesetzten Bussystem realisiert werden kann.
Die Anybus-Familie umfasst Kommunikationsschnittstellen für alle wichtigen Feldbusse und Industrial-Ethernet-Varianten wie Profibus, Devicenet, CC-Link, CANopen, Ethernet/IP und Modbus-TCP. Alle Module bieten geräteseitig eine standardisierte Hardware- und Software-Schnittstelle und sind so einfach untereinander austauschbar. Je nach Modulfamilie realisiert das Kommunikationsmodul ein vollständiges Profinet-IO-Device. Es bietet eine Reihe von Komfortfunktionen, wie ein Netzwerkmanagement (SNMP) für eine bessere Diagnose oder eine Topologieerkennung (LLDP) für die ein-fache Instandhaltung und die schnelle Inbetriebnahme komplexerer Applikationen.
Zusätzlich hat das jüngste Mitglied der Anybus-Familie, das 2-Port-Profinet-Modul, einen integrierten Web- und FTP-Server, einen E-Mail-Client sowie ein voll funktionsfähiges TCP/IP Socket Interface. Durch die Profinet-Funktionalität sind Feldgeräte einfach und ohne zusätzliche Engineering-Tools austauschbar. Typische Einsatzgebiete für das Modul sind Automatisierungssysteme mit hohen Anforderungen an die Maschinensteuerung, die zum Beispiel einen deterministischen Datenaustausch erfordern.
Kundenspezifische Lösungen
Als Ergänzung zu den Standardmodulen bietet HMS kundenspezifische Lösungen auf Basis des Anybus NP30-Prozessors an. Die individuellen Lösungen basieren auf der Anybus-Technologie und kommen immer dann zum Einsatz, wenn es gilt, Anforderungen zu erfüllen, die ein Standardmodul nicht bietet. Dabei haben kundenspezifische Module dieselbe Software-Schnittstelle wie die Standardmodule. Durch den Einsatz bewährter Technologie profitieren Kunden von einer kurzen Entwicklungszeit, geringem Entwicklungsrisiko und fixen Entwicklungskosten, die auch die kontinuierliche Software-Pflege seitens HMS einschließen.
Zudem unterstützt HMS als akkreditiertes Profinet-Kompetenzzentrum Gerätehersteller partnerschaftlich in allen Phasen der Entwicklung. Das Dienstleistungsangebot umfasst Entwicklerschulungen, Beratungen, Entwicklungsbegleitung, Anpassung der GSD-Datei sowie vorbereitende Tests für die Zertifizierung.

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Dipl.-Ing. Michael Volz ist Geschäftsführer der HMS Industrial Networks GmbH in Karlsruhe.