PROFINET für die Produktentwicklung
Experten-Unterstützung für Ihre Geräteentwicklung mit PROFINET
Verkürzen Sie Ihre Entwicklungszeit für PROFINET-Geräte und erfüllen Sie die Anforderungen Ihrer Kunden punktgenau. Siemens treibt die Entwicklung von PROFINET seit Anbeginn als engagiertes PI-Mitglied aktiv voran. Dadurch profitieren Sie mit uns von einem umfangreichen PROFINET-Know-how, hoher Beratungskompetenz und bewährten Technologiekomponenten für eine effizientere und schnellere Geräteentwicklung. Wir unterstützen Sie während des gesamten Entwicklungszeitraums von der Technologieberatung bis zur erfolgreichen Zertifizierung.
Warum PROFINET?
Der Industrial-Ethernet-Standard PROFINET ist das Kommunikationsrückgrat für Industrie 4.0 in der Automatisierungstechnik. Ob Fertigungs- oder Prozessautomatisierung, Antriebsanwendungen mit oder ohne funktionale Sicherheit oder modulare Maschinenkonzepte – PROFINET ist die erste Wahl für die Vernetzung. Gleichzeitig ist PROFINET einfach in der Handhabung, Integration und Inbetriebnahme.
PROFINET ist ein offener und herstellerneutraler Standard. Neben Siemens bieten auch weitere Unternehmen Entwicklungspakete und -unterstützung an. PROFINET wird in der PI (PROFIBUS & PROFINET International) herstellerübergreifend standardisiert. Informieren Sie sich über die Technologie-Provider und deren Angebote:
PROFINET & Technologie-Provider
Die Vorteile von PROFINET:
- Offene Architektur und Konvergenz zu TCP/IP (konform zu IEEE 802.3)
- Schneller Datenaustausch, hohe Datenrate und deterministische Kommunikation mit minimalem Jitter
- Medienunabhängigkeit bei der Vernetzung (Kupfer, Glasfaser, Wireless)
- Flexible Netzwerktopologien (Linie, Stern, Baum, Ring) sowie Funktionen zum Auslesen der Topologien
- Umfangreichste Diagnosefunktionen und Tools
- Zukunftssicher für Time-Sensitive Networking (TSN) durch volle Kompatibilität zu IEEE 802
Die richtige Technologie für eine optimale Basis
Für die optimale Entwicklung von PROFINET-Geräten wird empfohlen, folgende Aspekte zu berücksichtigen. Welche Conformance Class muss erfüllt werden? Und welche Kommunikationsart ist erforderlich – Real-Time- oder Isochronous-Real-Time-Kommunikation? Hier erfahren Sie mehr dazu.
Im PROFINET-Standard sind sogenannte Conformance Classes definiert. Standardisiert sind Funktionalität und Performance. Abhängig von der benötigten Funktionalität gilt es, die für den jeweiligen Anwendungsbereich am besten geeignete Art der PROFINET-Implementierung auszuwählen. Siemens bietet die richtige PROFINET-Basistechnologie für alle Conformance Classes an, um die Geräteentwicklung zu erleichtern.
Die Auswahl der zu implementierenden Conformance Class richtet sich nach der Applikation (z.B. koordinierte Achsführung oder Messtechnik), kann jedoch auch durch Anforderung des Endkunden vorgegeben sein.
Im Folgenden werden die Conformance Classes genauer beschrieben:
PROFINET spezifiziert zwei verschiedene Geräteausprägungen:
- Controller (Master, meistens Maschinensteuerung)
- Device (Slave, z.B. Feldgerät)
Die zu verwendende Hardware richtet sich nach der zu erfüllenden Conformance Class. PROFINET über RT (Conformance Class A und B) kann man mit Standard-Ethernet-Hardware realisieren. PROFINET über IRT (Conformance Class C) erfordert Hardware-Unterstützung.
Selbstverständlich kann ein Gerät, welches Conformance Class C erfüllt, auch über RT kommunizieren.
Unterstützung für die Controller- und Device-Entwicklung
Ob PROFINET-Controller oder PROFINET-Devices – mit Siemens beschleunigen und vereinfachen Sie die Entwicklung Ihrer PROFINET-Geräte durch vorgefertigte Hardware- und Software-Komponenten wie PROFINET-Stack, PROFINET-Treiber, Kommunikationsbaugruppen, Development Kits, APIs oder ERTEC ASICs und passende Entwicklungspakete.
Entwicklung von PROFINET RT/IRT-Controller für Embedded- und PC-basierte Produkte mit PROFINET-Treiber mit oder ohne CP1625/SOC1
Preisgünstige Komponenten sind vor allem im Serienmaschinenbau ein großer Wettbewerbsvorteil. Hier verwenden Anwender oft selbstentwickelte Steuerungssoftware. Aus Gründen wie Performance, Flexibilität und Kosten wird dazu die individuelle Applikation auf Standard-PCs implementiert. Der PROFINET-Treiber unterstützt diese Eigenentwickler und erfordert dank herkömmlicher Ethernet-Schnittstelle keine Spezial-Hardware.
Da der PROFINET-Treiber als Source-Code ausgeliefert wird, lassen sich eigene Lösungen auf verschiedene Betriebssysteme und Hardware-Pattformen portieren. Dadurch kann der PROFINET-Treiber auch optimal im Embedded-Bereich für eigene Steuerungslösungen eingesetzt werden. Projektierung und Konfiguration erfolgen einfach und ohne jedes Engineering-Tool über eine offene XML-Schnittstelle – sie können aber auch mit dem TIA Portal komfortabel und in gewohnter Weise durchgeführt werden. Herzstück ist der langjährig bewährte PROFINET-Stack der SIMATIC.
Entwicklung einer PROFINET RT Controllerlösung: PROFINET über RT hat keine besonderen Anforderungen an die Ethernet-Hardware. Es kann nahezu jeder beliebige Ethernet-Controller mit dem PROFINET-Treiber eingesetzt werden. Seit PROFINET-Treiber V2.2 kann jede Ethernet-Schnittstelle mit RAW-Socket-Unterstützung verwendet werden.
Entwicklung einer PROFINET IRT Controllerlösung: PROFINET über IRT erfordert Hardwareunterstützung des Ethernet-Controllers. Diese ist durch den PROFINET Treiber in Verbindung mit dem CP 1625 bzw. dem darauf verbauten SOC1-ASIC gegeben. Zur Entwicklung eines embedded Systems bieten wir das Layout des CP 1625 und die Design Constrains zum SOC 1 an.
Der PROFINET-Treiber eignet sich sowohl für einfache Anwendungen, z.B. einzelne PROFINET-Linien, als auch für komplexe Maschinen. Per Standard-Ethernet-Schnittstelle werden PROFINET über RT für Zykluszeiten ab 1 ms und PROFINET über IRT ab 250 µs unterstützt.
Netzwerkkonvergenz ist ein essentielles Thema für Industrie 4.0. Der PROFINET Treiber ist so aufgebaut, dass neben PROFINET über RT oder IRT auch Standard TCP/IP-Applikationen auf derselben Leitung und damit auch auf demselben Ethernet-Controller betrieben werden können.
- Aktualisierungszeiten:
- PROFINET über RT ab 1 ms Zykluszeit bei Verwendung eines Echtzeitbetriebssystems
- PROFINET über RT ab 32 ms bei Verwendung von Windows
- PROFINET über IRT ab 250µs bei Verwendung des CP 1625 / SOC1 und eines Echtzeitbetriebssystems
- Mengengerüste: 128 Devices bei Debian Linux, 16 Devices bei Windows
- Standard-Implementierung für Debian Linux mit RT patch und Windows
- Unterstützung von Linux-IP-Stacks für parallele TCP/IP-Dienste und PROFINET-Daten über dieselbe Schnittstelle (Netzwerkkonvergenz von PROFINET und TCP oder/und IIoT-Protokollen wie OPC-UA oder MQTT)
- Unterstützung von Standard Linux Ethernet Treibern unabhängig von der Ethernet-Hardware
- PROFINET Performance Upgrade durch IRT mit DFP, Fragmentierung, Fast Forwarding
- Unterstützung des projektintegrierten I-Device
- Optionenhandling
- Fast-Start-Up der Devices
- Shared-Device-Zugriff
- Anpassung der Device- und Vendor-ID
- Inklusive Standardbeispielen für den Maschinenbau und TIA-Portal-Projekte
- Programmierbeispiele für PROFIdrive-Controller-Applikation und PROFINET-Zertifizierungs-App
PROFINET-Controller benötigen eine Projektierung der eingesetzten Geräte. Diese enthält u.a. den Netzaufbau, den Aufbau und die Parameter der Devices, Einstellungen zur Aktualisierungsrate, Adressierung usw. Die Projektierung der PROFINET Hardwarekonfiguration kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen:
1) mithilfe der PNConfigLib
2) im TIA-Portal
Mithilfe des SIMATIC CP 1625 Dev bietet Siemens ein Development-Board zur Entwicklung eines PROFINET-IRT-Controllers für Zykluszeiten ab 250 μs. Herzstück ist der ASIC SOC1. Dieser gewährleistet die zum Bau eines IRT-Controllers notwendige Hardware-Unterstützung.
Der IRT-Controller auf Basis des PROFINET-Treibers mit CP 1625/SOC1 unterstützt Taktsynchronität. Es können Steuerungssysteme für Messtechnik oder anspruchsvolle Motion-Control-Applikationen realisiert werden, z.B. elektronische Getriebe, Bahninterpolation, koordinierte Achsführung. Ein Beispiel inklusive PROFIdrive-Anbindung steht zum Download zur Verfügung.
Der PROFINET-Treiber wie auch die PNConfigLib werden im Quellcode geliefert. So können Anpassungen oder Portierungen vorgenommen werden, die für die Integration in eigens entwickelte Zielsysteme notwendig sind. Mit dem Evaluation-Board CP 1625 Dev als Entwicklungsplattform ist ein schneller und einfacher Start möglich. Zur Entwicklung eines embedded Systems bieten wir das Layout des CP 1625 und die Design Constrains zum SOC 1 an. Der SOC1 kann so an einen Hostprozessor über PCIe angebunden werden.
Sofort einsatzbereiter PC-basierter PROFINET RT/IRT Controller mit SIMATIC Industrial OS inklusive integriertem PROFINET-Treiber
- Paket mit SIMATIC IPC mit SIMATIC Industrial OS und vollständig integriertem PN-Treiber
- Programmierung der PROFINET-Steuerungsanwendung direkt in C/C++
- Keine Systemanpassung erforderlich
- Motion Control, Messtechnik taktsynchron mit PROFINET IRT (IPC mit PCIe-Steckplatz und CP1625 erforderlich)
- Echtzeitfähiges Linux-basiertes Betriebssystem, kompiliert und getestet für und auf SIMATIC IPC
- Geringere Kosten für Entwicklung und Wartung
- Langfristig gesicherte Update-Versorgung
- Professioneller und vertrauter SIMATIC-Support von hoher Qualität
- PROFINET-Treiber ist ab SIMATIC Industrial OS Version 1.5 integriert
PROFINET Controller- oder Device-Entwicklung für PC-basierte Systeme mit CP1604, CP1616
Die Hersteller eigener Steuerungslösungen benötigen oft die Möglichkeit Ihre Applikation in ein PROFINET-Netzwerk einzubinden (sowohl im RT- als auch im IRT- Betrieb). Mit Hilfe unserer CPs ist dies einfach und problemlos möglich. Sei es als PN IO-Controller und oder als PN IO-Device. Aufgrund des mitgelieferten Windows-Treibers ist der Betrieb ohne spezielle Programmierkenntnisse möglich und die Karten können wie gewohnt über das TIA-Portal projektiert und konfiguriert werden. Da häufig auch andere Betriebssysteme bei den Maschinen-Herstellern zum Einsatz kommen, gibt es die mitgelieferten Development Kits (Treiber und IO-Base-Software) für die CPs. Sie sind für alle Betriebsarten unter Linux im Sourcecode verfügbar und können auf beliebige PC-based Betriebssysteme portiert werden. Dies gilt sowohl für den IRT-Betrieb als auch für den RT-Betrieb. Beim Device kann auch mit der entsprechenden Software-Erweiterung (siehe PROFIsafe-Starterkit) die Funktionalität als PROFIsafe-Device umgesetzt werden.
Zur Unterstützung eines großen Einsatzgebietes stehen drei verschiedene Kartenschnittstellen zur Verfügung. Außerdem existiert für den CP 1604 zudem eine Variante mit Bahnzulassung.
- Voll-Duplex mit Autonegotiation
- Mit Ethernet-Real-Time-ASIC ERTEC 400 / SOC
- Integrierter 4-Port Real-Time-Switch
- Kommunikationsdienste:
- PROFINET IO-Controller und/oder PROFINET IO-Device
- Unterstützung von IRT für Motion-Control-Anwendungen - Hohe Performance durch direkten Speicherzugriff
- Einbindung in Netzwerkmanagementsysteme durch die Unterstützung von SNMP
- Umfangreiche Diagnosemöglichkeiten für Installation, Inbetriebnahme und Betrieb der Baugruppe
- Leistungsfähige Projektierungs-Tools sind im Lieferumfang der Baugruppe enthalten
Development Kit DK-16xx PN IO im Lieferumfang enthalten Treiber und IO-Base-Software für CP 1604/1616 PROFINET IO-Controller und IO-Device unter Linux im Sourcecode zur Portierung auf beliebige PC-based Betriebssysteme mit IO-Base-Schnittstelle für:
- PROFINET-Kommunikation:
- PROFINET IO-Controller:
Anbindung von Feldgeräten an Industrial Ethernet mit PROFINET
- PROFINET IO-Device:
Anbindung an einen PROFINET IO-Controller über Echtzeitkommunikation gemäß PROFINET-Standard - Zugang für taktsynchronen Zugriff auf Real-Time-Daten für PROFINET über IRT, extrem kurze Zykluszeiten mit hochgenauen Taktraten, Jittergenauigkeit, Taktsynchronität und Zykluszeit ermöglichen hochperformante Motion Control-Anwendungen.
- Direkter Speicherzugriff auf die Prozessdaten, die Prozessdaten der IO-Devices sind immer konsistent. Die IO-Programmierschnittstelle stellt dem PC-Programmierer Funktionsaufrufe für den Datenaustausch zur Verfügung.
- IO-Routing
- Das Design der Schnittstelle ermöglicht nicht nur einen schnellen Zugang als PROFINET IO-Controller, sondern auch eine leichte Portierbarkeit in andere Betriebssystemumgebungen (z. B. VxWorks, QNX, RMOS, RTX). Mit den Development Kits können die Kommunikationsprozessoren CP 1604/1616 in beliebige PC-based Betriebssystemumgebungen integriert werden. Die Development Kits enthalten den dazu erforderlichen Treiber- und IO-Base-Source-Code einschließlich der Portierungsanleitung und zusätzlich unter Debian Linux lauffähigen Beispiel-Code.
Herstellerübergreifende Standardisierung sorgt für hohe Endkundenzufriedenheit
Applikationsprofile sind von Herstellern und Anwendern gemeinsam getroffene Festlegungen über bestimmte Eigenschaften, Leistungsmerkmale und Verhaltensweisen von Geräten und Systemen. Allgemeine Applikationsprofile wie z.B. PROFIsafe, PROFIdrive und PROFIenergy bieten Einsatzmöglichkeit bei unterschiedlichen Anwendungen.
PROFIsafe-StarterKit – fehlersichere Feldgeräte schneller realisieren
Funktionale Sicherheit ist ein ernstes Thema in der Automatisierung. Dafür lassen sich mit dem PROFIsafe-StarterKit fehlersichere Feldgeräte einfach realisieren. Für den PROFIsafe-Stack stehen Beispielimplementierungen zur einfachen Anbindung an ERTEC-Plattformen zur Verfügung.
F-Nachrichten zwischen einem F-Host (Sicherheitssteuerung) und seinem F-Device werden als Nutzfracht in PROFINET-Telegrammen transportiert.
Das PROFIsafe-Protokoll erspart dem Anwender die Sicherheitsbeurteilung seines individuellen Rückwandbussystems oder anderer Kanäle über PROFINET hinaus. Es gewährleistet daher die funktionale Sicherheit des kompletten Pfades – vom Sender eines F-Signals, z.B. ein F-Modul im entfernten Busterminal, bis zum Empfänger, dem F-Host, und umgekehrt. Dies wird durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen der F-Nachrichten erreicht.
PROFIsafe ist in IEC61784-3-3 das Protokoll für die Implementierung der funktionalen Sicherheit (failsafe, ausfallsicher) definiert und von IFA und von TÜV anerkannt. PROFIsafe kann mit PROFIBUS und PROFINET gleichermaßen eingesetzt werden.
Fail-Safe (F) ist die Fähigkeit eines Systems bei entsprechenden technischen und organisatorischen Maßnahmen sicher vor Gefahren zu schützen oder das Risiko auf ein vertretbares Maß zu reduzieren.
Grundsätzlich wird von der PROFINET-Nutzerorganisation dringend empfohlen, für eine effiziente Erstentwicklung eines PROFIsafe-Produktes folgende wichtigen Voraussetzungen zu erfüllen:
- Einrichten von Entwicklungsprozessen für funktionale Sicherheit entsprechend IEC 61508
- Nutzung eines „PROFIsafe Development Kits“, um Fallstricke und Umwege zu vermeiden
- Entwicklungsbegleitung durch eine Prüfstelle (entsprechend „V“-Modell der IEC 61508)
PROFIdrive – Antriebskonzepte schnell und einfach umsetzen
Unter der Bezeichnung PROFIdrive ist eine standardisierte Antriebsschnittstelle für PROFIBUS und PROFINET spezifiziert worden. Dieses außerdem nach IEC 61800-7 normierte anwendungsorientierte Profil enthält standardisierte Festlegungen (Syntax und Semantik) für die Kommunikation zwischen Antrieben und Automatisierungssystemen. Das sorgt für eine Herstellerunabhängigkeit.
Das Applikationsprofil PROFIdrive bildet das Fundament für zahlreiche Antriebsaufgaben in der industriellen Automatisierungstechnik. Es definiert das Geräteverhalten und das Zugriffsverfahren auf Antriebsdaten elektrischer Antriebe und integriert auch optimal die Zusatzprofile PROFIsafe und PROFIenergy.
Das Applikationsbeispiel beinhaltet:
PROFIdrive (orange) fungiert aus Antriebssicht als Anwendungsschicht zwischen dem PROFINET-Stack (grün) und der Antriebsapplikation (blau).
Gründe für die Zertifizierung
Um die Interoperabilität und die Konformität der Automatisierungsgeräte unterschiedlicher Hersteller zu gewährleisten, ist bei PROFINET die Geräte-Zertifizierung durch ein akkreditiertes Testlabor (PITL) verpflichtend. Dadurch wird sowohl Endkunden eine hohe Anlagenverfügbarkeit garantiert als auch das Risiko kostenintensiver Serviceeinsätze für Gerätehersteller deutlich reduziert.
Bei der Zertifizierung wird überprüft, ob Automatisierungsgeräte den Standards entsprechen. Das gewährleistet ein reibungsloses Zusammenspiel der Komponenten in einer Automatisierungsanlage. Auch wenn jedes PROFINET-Gerät zertifiziert werden muss, variiert der Aufwand für eine erfolgreiche Zertifizierung je nach eingesetzter Technologie.
Weltweiter Support für Ihre PROFINET-Geräteentwicklung
Für einen optimal gestalteten Entwicklungsprozess ist eine umfassende Beratung im Vorfeld des Entwicklungsprojektes besonders wichtig. Aber auch in den weiteren Phasen bis zur Zertifizierung. Siemens bietet Ihnen zusätzlich für PROFINET auch unabhängige und akkreditierte Testlabore wie ComDeC in Deutschland, PIC in den USA und in China sowie an Testlabs in der Tschechischen Republik.
Kontakt zu den Siemens PI Competence Centern:
Kontakt
Unser Support steht Ihnen gerne mit Rat und Tat zur Seite
Unser Siemens Support Team berät Sie bei der Wahl der richtigen Technologiekomponente für die Entwicklung Ihres PROFINET-Geräts, bietet Ihnen Schulungsmöglichkeiten und unterstützt Sie während des gesamten Entwicklungszeitraums von der Technologieberatung bis zur erfolgreichen Zertifizierung. Nehmen Sie Kontakt zu uns auf!
