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Zeit sparen unter rauen Bedingungen

Text: Peter Lintfert und Alexander Hornauer, Murrelektronik
Durch die Integration von IRT für zeitkritische Anwendungen bietet Profinet mehr Einsatzmöglichkeiten. Neue Feldbusmodule müssen aber nicht nur den Anforderungen von Conformance Class C entsprechen, sondern auch Einflüssen der rauen industriellen Umgebung standhalten.

Allein im Jahr 2012 wurden nach Informationen der Profinet-Organisation PNO weltweit 1,5 Millionen neue Profinet-Geräte installiert. Damit waren zu Beginn des Jahres 2013 5,8 Millionen Geräte im Betrieb. Dieser Anstieg wird mit Sicherheit auch in der Zukunft anhalten, denn Profinet ist sowohl für die Fertigungsindustrie, die Prozessautomatisierung wie auch für Anwendungen im Motion-Control-Bereich ein leistungsstarkes Feldbusprotokoll. Nicht alle Anwendungen benötigen allerdings den kompletten Funktionsumfang des Protokolls und die maximale Geschwindigkeit. Aus diesem Grund hat die PNO drei Conformance Classes A, B und C festgelegt, die Mindestanforderungen aus Sicht der Anlagenbetreiber enthalten.

Conformance Class A

CC-A sieht vor, die Infrastruktur eines bestehenden Netzwerkes zu nutzen und dabei Profinet-Grundfunktionen wie die Real-Time-Kommunikation mit Zykluszeiten ab 2 ms sowie Alarm- und Diagnosefunktionalitäten einzubinden. Der Einsatz von Unmanaged Switches funktioniert in dieser Klasse, außerdem ist Wireless-Kommunikation unproblematisch. Die Feldbusmodule und Unmanaged Switche TREE von Murrelektronik erfüllen die Anforderungen dieser Klasse.

Conformance Class B

Das Konzept für CC-B umfasst darüber hinaus auch Netzwerkdiagnose sowie die von Informationserfassung über die Topologie. Dabei bekommen alle Geräten Namen zugewiesen und defekte Komponenten können einfach ausgetauscht werden. Die in der Steuerung hinterlegten Konfigurationsdaten werden anschließend automatisch eingespielt. Typisch für Installationen auf der Basis von Conformance Class B sind Zykluszeiten ab 2 ms. Die Feldbusmodule MVK Metall MPNIO von Murrelektronik erfüllen die Anforderungen dieser Klasse. Auch die Unmanaged Switche TREE sind transparent für die Informationen des LLDP-Protokolls. Sollen Switche allerdings hinsichtlich Diagnose und Topologieerkennung in die Topologie der Steuerung eingebunden werden, bedarf es darüber hinaus Profinet-managed Switche. Zur Erhöhung der Datensicherheit kann ein Medien-Redundanz-Protokoll eingebunden werden, das bei MVK Metall MPNIO ab Software-Version 3.5 integriert ist.

Conformance Class C

In Anwendungen nach CC-C ist darüber hinaus auch eine genaue und synchrone Übertragung von Daten möglich. Mit der Implementierung von Isochronous Real Time (IRT) in Ethernet Controllern werden Aktualisierungszeiten von 250 µs und eine Jittergenauigkeit von weniger als 1 µs erreicht. Dazu ist es erforderlich dass der Ethernet Switch im Profinet-Gerät einen speziellen IRT-Chipsatz hat. Durch das Verfahren Dynamic Frame Packing lassen sich die Zykluszeiten von 250 µs auf 31,25 µs – ein Achtel – verkürzen. In einem IRT-Netzwerk mit dieser enorm hohen Taktgenauigkeit ist es erforderlich, dass alle Geräte mit einem IRT-Ethernet-Chipsatz versehen sind. Bei Verwendung eines Standard-Ethernet-Chipsatzes würde die Synchronität verloren gehen. Ein Vorteil der IRT-Ethernet-Chipsätze besteht darin, dass die Vermittlungszeit der Pakete gering gehalten wird. Anders als bei den von CC-A und CC-B bekannten Verfahren wird nicht auf das Eintreffen des vollständigen Datenpaketes gewartet. Stattdessen wird das gesamte Datenpaket bereits nach Auswertung der ersten Bytes direkt auf den Ausgangsport weitergeleitet. Das verkürzt die Durchgangszeit des Paketes insbesondere bei großen Paketen erheblich. Aus diesem Grund werden beispielsweise in großen Industrieanlagen, in denen durchaus 20 bis 80 Profinet-Geräte in einem Strang verbaut sind, bevorzugt Cut Through Ethernet Switche eingebaut, die diesen schnellen Datenfluss begünstigen.

Feldbusgerät mit IRT

Murrelektronik präsentiert mit dem Feldbusmodul MVK Metall Push-Pull Profinet IRT nun ein digitales I/O-Feldbusgerät mit IRT-Funktionalität, das für den Einsatz in Anwendungen der Conformance Class C geeignet ist. Diese Geräte unterstützen Fast Forwarding und die zeitsynchrone Datenübertragung entsprechend der Profinet-Spezifikation 2.3. Für den physikalischen Anschluss eignen sich die von AIDA genormten Profinet-Push-Pull-Steckverbinder mit RJ45-Kupfer oder mit SC-RJ-POF-Steckern. Damit ist MVK Metall Push-Pull Profinet IRT eine hervorragende Lösung für alle Anwendungen der Echtzeitsensorik und optimal für die Integration von Motion-Antrieben geeignet. Das Feldbusmodul ist dann gefragt, wenn in Maschinen und Anlagen durchgängig Profinet-Lösungen implementiert werden sollen, auch und im Besonderen in den schnellen Bereichen.

Schock- und vibrationsfest

Von der mechanischen Seite ist das Feldbusmodul so ausgelegt, dass es problemlos in rauer industrieller Umgebung eingesetzt werden kann. Es besteht aus einem oberflächenveredelten und aus einem Stück gegossenen Zinndruckgussgehäuse und ist sehr vibrationsfest für Schwingung bis 15 g und Schock bis 50 g. Die Push-Pull-Anschlusstechnik ermöglicht die schnelle Installation von Energie- und Datenleitung, ohne dass dafür Werkzeug benötigt wird. Ein- und Ausgänge des Moduls sind galvanisch voneinander getrennt. Die integrierte Fast-Start-Up-Funktionalität (FSU) macht kürzeste Werkzeugwechselzeiten möglich; das ist beispielsweise in Roboterapplikationen sehr interessant. Da die Ausgänge 2 A liefern, können auch starke Verbraucher problemlos angeschlossen werden, zum Beispiel Magnetventile.

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