Ethernet-Switches für mehr Leistung im Profinet-Netzwerk

Das Profinet-Protokoll ist bei der Entwicklung von Maschinen im Aufwärtstrend. In der Realität müssen einige Maschinenbauer allerdings zunächst erste Stolpersteine meistern, bevor sie das volle Potenzial der Ethernet-basierten Technologie ausschöpfen und ihre Vorteile nutzen können. Der Wechsel von Profibus auf Profinet erfordert beispielsweise weniger Kenntnisse in Elektrotechnik; stattdessen wird IT-Wissen benötigt. Wer nicht in Know-how für Profinet investiert, hat bei dem ersten Serviceeinsatz jedoch häufig Probleme, seine Geräte zu erreichen, IP-Adressen korrekt einzustellen oder das Zusammenspiel zwischen IP-Adresse und Profinet-Name zu verstehen. Auch Krones aus dem bayerischen Neutraubling nutzt das Protokoll in seinen Maschinen und Anlagen und hat frühzeitig in eine eigene Abteilung für Profinet investiert, die das Potenzial aus der Technologie herausholt: Das Unternehmen erhöht damit die Diagnosemöglichkeiten in den SPSen, reduziert die Zeit für den Bau von Maschinen und Anlagen und führt im Falle eines Komponentendefekts den Gerätetausch mit ungeschultem Personal innerhalb weniger Minuten durch.

Um die Vorteile von Profinet zu nutzen, setzt Krones felderprobte Ethernet-Switches ein, die ein internes Netzwerk bilden: Innerhalb dessen sollten Ethernet-basierte Geräte auf Maschinenebene kommunizieren, auf Fabrikebene mit weiteren Verarbeitungsmaschinen integriert und außerdem dezentral überwacht und gesteuert werden können. Bei einem Defekt ist dann auch ungeschultes Personal in der Lage, die Maschine schnell wieder in Gang zu bringen. Daneben muss die zentrale Steuerung des Ethernet-basierten Steuerungssystems jederzeit funktionieren. Da Krones Anlagen für die Getränke-, Chemie- und Health-Care-Industrie baut, ist es außerdem nötig, dass die Maschinerie hohen Drücken und Strahlwasser mit hohen Temperaturen widersteht, ebenso wie Reinigungslösungen für die Sterilisierung.

Managed Switch als Profinet-IO-Device

... zum Beispiel in der Verpackungsmaschine Varioline zur Verarbeitung von Primär- und Sekundärverpackungen. Krones

Eine der Krones-Lösungen ist eine Abfüllanlage für Soft-Drinks, die drei Hauptmaschinen umfasst: Abfüllmaschine, Etikettiermaschine sowie Verpackungsmaschine. Zur Steuerung seiner Anlagen setzt der Maschinenbauer die S7-1500-Reihe von Siemens ein. Die SPSen sind für die Funktion sämtlicher regelbarer Antriebe, HMIs, Aktoren und Sensoren verantwortlich. Mit den SPSen eingesetzte Switches müssen neben der Managed-Eigenschaft Profinet-zertifiziert sein und als zyklisches Profinet-IO-Gerät fungieren. Dazu nutzt Krones den Managed Switch EDS-408A-PN von Moxa. Er besitzt die Fähigkeit, seine Informationen zyklisch mit der S7-1500 über Profinet als Profinet-IO-Device auszutauschen. Dazu muss der Maschinenbauer lediglich die GSD-Datei in die SPS laden. Eine weitere Parametrierung ist nicht erforderlich.

Wurde der Profinet-Name richtig zugewiesen, kümmert sich die SPS um die korrekte Vergabe der IP-Adresse. Dies erleichtert die Anlagenentwicklung bereits in den ersten Schritten und spart dem Anlagenbauer Zeit. Darüber hinaus bietet der Switch mittels Link Layer Discovery Protocol (LLDP) die Möglichkeit, Informationen zwischen Nachbargeräten auszutauschen sowie das Profinet-Datenprotokoll DCP nach der Norm IEC 61158. Die Einbindung des Profinet-Switches in die SPS kann über Step 7 oder über das TIA Portal erfolgen. Auf diese Art und Weise lassen sich in der SPS Informationen über das Netzwerk auswerten: Welche Ports sind aktiv? Funktionieren die Redundanzmechanismen? Liefern die redundanten Stromversorgungen Strom? Welche Geschwindigkeit wird übertragen? Diese Information wertet die SPS direkt aus und gibt sie an die HMIs weiter. So nutzen Unternehmen Informationen integriert in die Entwicklungsumgebung der Programmierer und schaffen ohne zusätzliche Tools und Schnittstellen einen transparenten Mehrwert für Programmierer und Endnutzer.

Mehr Leistung in Profinet-Netzwerken

Die eingesetzten Switches sind 8-Port-Managed-Ethernet-Switches für Profinet-Netzwerke. Die Einbindung, nun beispielsweise in das Engineering-System Simatic Step 7, erfolgt über die integrierte Profinet-Funktion. Durch kurze Boot-Zeiten sowie durch die Wiederherstellungstechnologien Turbo Ring und Turbo Chain lässt sich mithilfe der Switches außerdem die Leistung von Profinet-Netzwerken verbessern. Moderne industrielle Steuerungsnetzwerke umfassen in der Regel viele verschiedene SPS-Modelle und Feldbusgeräte: zum Beispiel Scada-Systeme auf der Management-Ebene, um dezentral zu überwachen, zu steuern und zu diagnostizieren oder ein HMI für die Steuerung und Überwachung vor Ort. Netzwerkkomponenten mit Profinet ermöglichen die schnelle und sichere Datenübertragung, um zuverlässige Netzwerk-Statusinformationen für die dezentrale Diagnose zu liefern. Mit hoher Redundanz, schnellem Booten, Statusparametern und flexiblen Topologien lässt sich die Leistungsfähigkeit des SPS-Netzwerks steigern und seine Zuverlässigkeit erhöhen. Die Switches unterstützen außerdem Managementfunktionen wie IGMP Snooping, IEEE 802.1Q VLAN, QoS, Port Mirroring, SNMP, Bandbreitenmanagement sowie Warnungen per E-Mail oder Relaisausgang.

Feste Topologie

Krones nutzt darüber hinaus eine feste Topologie: Alle Profinet-Teilnehmer wissen, wer mit wem über welchen physikalischen Port kommuniziert und wie der entsprechende Profinet-Name lautet. Setzt ein Anlagenbauer diese Funktion nicht ein, bemerkt er das Ausmaß der Konsequenzen im schlimmsten Fall erst relativ spät: nämlich bei einem Anlagenausfall. Dann wird es schnell kostspielig, denn der Anlagenbauer muss das Gerät tauschen. Dazu muss er einen Ingenieur zu der Anlage schicken, wo dieser die Geräte mit einer speziellen Automatisierungssoftware erneut parametriert.

Eine feste Topologie verhindert, dass ein solcher Einsatz überhaupt erst nötig wird. Dabei können Stern, Ring, Baum oder gemixte Strukturen verwendet werden. Wichtig ist nur, dass jeder Netzwerkteilnehmer auf einen definierten physikalischen Port gesteckt ist. Durch diese feste Zuordnung konfiguriert sich das Netzwerk quasi selbst. Fällt ein Gerät aus, reicht es, wenn ungeschultes Personal das Gerät an der Maschine austauscht. Die Parametrierung muss nicht mehr von einem Ingenieur durchgeführt werden, sondern wird vollautomatisch durch den Switch und die SPS erledigt – die manuelle Vergabe von IP und Profinet-Namen fällt weg. So lässt sich ein deutlich kürzerer Maschinenstillstand erzielen.

Embedded World: Halle 1, Stand 110

(mns)