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Was ist PROFINET?

Das auf Industrial Ethernet basierende Protokoll Profinet ist ein Kommunikationsstandard der Fabrikautomation. Es beschreibt den gesamten Datenaustausch zwischen sogenannten Slaves wie z.B. den Multiprotokoll-I/O-Modulen von Turck und einer Steuerung, dem Profinet-Master. In dieser Funktion gilt Profinet als Nachfolger des Feldbusprotokolls Profibus.

Profinet-Systemübersicht (zum Vergrößern klicken)

Profinet wurde im Bereich des zyklischen Datenaustauschs optimiert und bietet gerade in Sachen Parametrierung und Diagnose zahlreiche neue Funktionen und Erweiterungen gegenüber klassischen Feldbussen. Anwender sind dank Profinet flexibel in der Gestaltung ihrer Netzstrukturen und können über nur ein Kabel sowohl Prozessdaten in Real-Time (RT) als auch zusätzliche IT-Daten übertragen.

Die Systemübersicht gibt einen ersten Eindruck über die Netzwerkarchitektur und die verschiedenen I/O- und Netzwerkkomponenten. Verbindungen lassen sich über Linien-, Stern- und Baumstrukturen oder aber über eine redundante Ringtopologie (MRP) realisieren.

Integration in die Prozessautomation

Chemie- und Pharmaanlagen müssen mit großem Aufwand vor Ausfällen geschützt werden und stellen daher besondere Anforderungen an I/O-Systeme. In vielen Anlagenbereichen herrscht Explosionsgefahr, außerdem kann die Unterbrechung eines kontinuierlichen Produktionsprozesses immense wirtschaftliche Verluste verursachen. Zur Prävention werden Steuerungen und I/O-Baugruppen im Feld üblicherweise redundant ausgelegt, sprich: fallen ein Gerät oder eine Verbindung aus, greift die Back-up-Lösung.

Profinet-Systemredundanz

Im Profinet-Kontext wurde mit der Systemredundanz ein neuer Standard geschaffen, der nun mehr Investitionssicherheit für Unternehmen aus der Prozessautomation bietet. Die Terminologie orientiert sich an einer Abstufung, je nachdem, wie ausfallsicher ein Automatisierungssystem sein soll. 

Kommunizieren eine Steuerung und ein Feldgerät lediglich per Singularverbindung (S1), liegt keine Redundanz vor. Wenn ein Profinet-Gerät jedoch über diese eine Verbindung Kommunikationsbeziehungen zum Primary-Controller sowie zu dessen Back-up unterstützt, wird dies als S2 klassifiziert. Sie ist die meist genutzte Form der Systemredundanz. Beim Ausfall der Hauptsteuerung übernimmt automatisch der physische Zwilling.

Arten von Profinet Systemredundanz

Vier Arten von Profinet-Systemredundanz (Zum Vergrößern klicken)

I/O-Geräte von Turck können bereits die benötigte logische Doppelverbindung zu zwei getrennten Steuerungen aufrechterhalten. Das TBEN-L5-8IOL ist damit weltweit das einzige IO-Link-Master-Modul mit Profinet-S2-Systemredundanz in IP67.

Sehr hohe und maximale Verfügbarkeit sind lediglich über R1- oder R2-Systemredudanz zu erreichen. Hier ist zusätzlich die Kommunikationsschnittstelle eines Feldgeräts redundant ausgeführt, was etwa im Zusammenhang mit Remote-I/O geläufig ist. R2 bewegt sich mit einer Vier-Wege-Verbindung wiederum auf der höchsten Komplexitätsstufe.

Smart kombiniert mit IO-Link

Mit der Profinet-Erweiterung für Systemredundanz sind die Vorzüge von Industrial Ethernet jetzt auch für die Prozessindustrie verfügbar. Turck geht noch einen Schritt weiter und integriert zusätzlich IO-Link in die Welt der hochverfügbaren Systeme. Wie eine Systemarchitektur aussehen könnte, zeigt die Übersichtsgrafik.

Profinet Systemredundanz und IO-Link

Hochverfügbar: S2-Systemredundanz trifft IO-Link (Zum Vergrößern klicken)

Der durchgängig digitalen Anbindung smarter Feldgeräte, wie Stellungsrückmelder, Ventilinseln, Sensoren oder I/O-Hubs, steht nichts mehr im Wege. Dabei ist IO-Link in puncto Installationszeit höchst effizient und einfach, denn Daten und Versorgung werden über eine ungeschirmte Standardleitung übertragen.

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PROFINET Netzwerktopologie (Klick to enlarge!)

Flexible Netzwerktopologie


Die PROFINET-I/O-Devices von Turck verfügen über einen integrierten Switch und können somit wie klassische Feldbusse in Linienstruktur installiert werden.

Darüber hinaus unterstützt PROFINET aber auch die Standard-Ethernet-Topologien wie Stern-, Baum- und Ringstrukturen. So kann die Netzwerkinstallation flexibel der Maschinen- und Anlagenstruktur angepasst werden. Bei einer Stern- oder Baumstruktur werden externe Switche eingesetzt, was sich wiederum vorteilhaft auf die Performanz des Gesamtsystems auswirkt.

 

   

Schneller Hochlauf

Der schnelle Hochlauf verkürzt die Zeitpanne zwischen dem Einschalten der Spannungsversorgung eines Teilnehmers und dem Aufbau der Kommunikationsverbindung mit dem I/O-Controller. In PROFINET-Systemen wir der schnelle Hochlauf als Fast-Start-up bezeichnet. Für Fast-Start-up ist im allgemeinen eine Zeit von kleiner 500 ms definiert. Mit den Turck-I/O-Modulen der TBEN-L-Serie können auch Zeiten von bis zu 150 ms realisiert werden.

Schnelle Ankopplung ist beispielsweise in Werkzeugwechsel-Applikationen besonders wichtig, um Wartezeiten zu reduzieren. So lassen sich Taktraten und damit auch die Produktivität steigern.

 

   

Erweiterte Diagnose


Zur Netzwerkdiagnose kann in PROFINET-Netzwerken auf Standard IT-Funktionen und Protokolle wie z.B. HTTP und SNMP (Simple Network Management Protocol) zurückgegriffen werden. Das SNMP-Protokoll ist unter anderen Grundlage für den PROFINET-Topologie-Scan. Damit können ganze Netzwerkstrukturen online eingelesen und grafisch dargestellt werden.

Alle Multiprotokoll-Ethernet-Gateways und -I/O-Module von Turck sind mit einem Webserver ausgestattet. Der Webserver stellt neben Statistiken und Einstellungen zu den Ethernet-Ports auch einen Fehlerspeicher mit Historie und Diagnosen im Klartext zur Verfügung.

 

   

Bewährtes Engineering

Die Konfiguration von PROFINET-Systemen folgt weitestgehend der Tradition von PROFIBUS. Damit bietet PROFINET im Vergleich zu den anderen Ethernet-Protokollen ein sehr ausgereiftes und benutzerfreundliches Engineering.

Die neuen GSDML-Konfigurationsdateien basieren auf dem XML-Standard und ermöglichen erweiterte Strukturen und neue Funktionen. Darüber hinaus wird der Webserver als Konfigurationstool immer wichtiger. Damit können beispielsweise Ethernet-Ports konfiguriert werden oder der PROFINET-Name vergeben werden.

Profinet-Produkte

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