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Feldgeräteentwicklung

Der Funktionsumfang von Profinet IO ist gegenüber den Standardfeldbussystemen deutlich höher. Für die Gerätehersteller heißt das aber keinesfalls, dass sie deshalb Entwicklungsressourcen und Kompetenz außerhalb ihrer Kernkompetenz aufbauen müssen. Vielmehr stehen Single-Chip-Lösungen, einbaufertige Kommunikationsmodule, ASICs und Protokollsoftware sowie Protokollkonverter zur Realisierung einer Profinet-IO-Kommunikationsschnittstelle zur Verfügung.

Für die Realisierung der Busankopplung gibt es grundsätzlich zwei Wege: extern oder intern.

Externe Kommunikationsschnittstelle für Profinet IO

Anybus CommunicatorDer Einsatz eines externen Protokollkonverters als externe Profinet-IO-Kommunikationsschnittstelle bietet sich an, wenn das Feldgerät über eine serielle Schnittstelle verfügt, die Busanbindung jedoch nicht zum Standardfunktionsumfang des Feldgerätes gehören soll. Typische Anwendungen sind Frequenzumrichter im unteren Leistungsbereich. In diesem Fall erfolgt die Busankopplung über die RS-232-Schnittstelle des Frequenzumrichters und einen Protokollkonverter wie z.B. dem Anybus Communicator von HMS. Der Communicator setzt das Protokoll der seriellen Schnittstelle auf Profinet IO um. Der Protokollkonverter vertritt das Feldgerät dann stellvertretend im Profinet-IO-Netzwerk. Bei intelligenten Protokollkonvertern wie dem Anybus Communicator kann dieser mit einem Konfigurationsprogramm einfach an das serielle Protokoll des Feldgerätes angepasst werden. Nach einer einmaligen Konfigurationsphase ist der Protokollkonverter – und damit auch das repräsentierte Feldgerät – Teilnehmer im Profinet-IO-Netzwerk. Diese Lösung erfordert keinerlei Entwicklungsaufwand.

Unter Kostengesichtspunkten empfiehlt sich der externe Netzwerkanschluss insbesondere für solche Geräte, die nur in geringen Mengen (< 500 p.a.) eine Busanbindung benötigen. In der Regel dauert die Datenübertragung zwischen dem Feldgerät und Profinet IO einige Millisekunden. Die erzielbare Performance hängt sehr stark von der Baudrate der seriellen Schnittstelle und der zu übertragenden Datenmenge ab. Kommt der Anybus Communicator von HMS als Protokollkonverter zum Einsatz, stehen funktionskompatible Varianten für Profinet, EtherNet/IP, Modbus-TCP und EtherCAT sowie für alle namhaften Feldbusse zur Verfügung. Alle Varianten benutzen denselben Mechanismus zur Protokollumsetzung und können so ohne zusätzliche Aufwendungen als Busschnittstellen für den Antrieb genutzt werden.

Interne Profinet IO Schnittstelle mit Kommunikationsmodulen

Anybus CompactCom für ProfinetBei höheren Stückzahlen bietet sich die geräteinterne Realisierung der Profinet-IO-Schnittstelle auf Basis von einbaufertigen Kommunikationsmodulen an. Die Anybus-Module von HMS unterstützen Profinet IO und 17 weitere industrielle Netzwerke. HMS bietet einbaufertige Kommunikationsmodule als embedded Busmodul, als Optionsmodul sowie als Single-Chip-Lösung an. Die Module sind intelligent und haben einen eigenen Mikroprozessor, der das gesamte Profinet-IO-Protokoll selbständig abwickelt. Dadurch wird der Geräteprozessor vollständig von der Protokollabwicklung entlastet. Die kompakten Module verfügen über genügend Performance zur Realisierung einer schnellen Profinet-IO-Anschaltung. Typische Anwendungen sind Bedienterminals, Frequenzumrichter, Roboter, Waagen und Messumformer. Auf den intelligenten Modulen befinden sich alle Hardware-Komponenten der jeweiligen Busschnittstelle.

Bis zu 70% Entwicklungskosten sparen

Die Komplexität der Implementierung einer Profinet-IO-Schnittstelle reduziert sich mit den Anybus-Modulen auf die Anbindung des Kommunikationsmoduls an die Elektronik des Feldgerätes. Die typische In-Design-Zeit für mehrere Netzwerke liegt bei ca. 2-3 Wochen. Dadurch werden die Entwicklungsressourcen des Geräteherstellers geschont und die Time-to-Market deutlich reduziert. Durch den Einsatz der Anybus-Kommunikationsmodule verringert sich der Aufwand zur Entwicklung einer universellen Kommunikationsschnittstelle um bis zu 70%. Auch in hohen Stückzahlen stellen Anybus-Module eine attraktive Alternative zur Eigenentwicklung der Kommunikationsschnittstelle dar.

Einheitliche Software-Schnittstelle

Auch das Software Interface (API) zwischen den Anybus-Modulen und der Elektronik des Automatisierungsgerätes ist vollständig standardisiert. Das API arbeitet unabhängig von der jeweils eingesetzten Busvariante. Die Gerätesoftware braucht sich nicht um die Unterschiede zwischen den einzelnen Busprotokollen kümmern, sondern setzt auf der einheitlichen Anybus-Softwareschnittstelle auf.

Interne Profinet-IO-Schnittstelle mit Profinet ASICs

Ähnlich wie bei Profibus stehen auch für Profinet IO ASICs und zugehörige Software-Stacks verschiedener Hersteller zur Verfügung. Die eigene Implementierung einer Profinet-IO-Anschaltung auf Basis dieser ASICs ist immer dann sinnvoll, wenn modulbasierte Lösungen die erforderliche Taktsynchronität nicht gewährleisten können (Motion-Control-Anwendungen); oder wenn ein Feldgerät mit Profinet-IO-Anschluss über 10.000 Stück pro Jahr verkauft wird und modulare Lösungen wirtschaftliche Nachteile gegenüber einer ASIC-basierten Eigenentwicklung bedeuten würden. Spezielle Profinet-ASICs werden derzeit von Siemens (ERTEC-Familie) angeboten.

Unterstützung von Anfang an

Um Feldgeräte mit Profinet-IO-Schnittstelle zu entwickeln, bieten die Hersteller Evaluation Boards und Entwicklerschulungen an. Als Gerätehersteller sollte man immer zunächst prüfen, ob nicht unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten der Einsatz eines Kommunikationsmoduls die Anforderungen erfüllt und auf die eigene Entwicklung mit Profinet-ASICs verzichtet werden kann. Unabhängig von der technischen Realisierung im Produkt stehen vielfältige Dienstleistungen rund um Profinet zur Verfügung - von der Beratung bis zur Realisierung.
Insbesondere unter den Gesichtspunkten „Time-to-Market" Entwicklungsrisiko, Kernkompetenz Entwicklungsprojekte für Produkte mit Profinet sollte sorgfältig überlegt werden, ob die Unterstützung von Dienstleistern von Vorteil sein könnte.