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„Profinet ist Basis der Industrie 4.0“

Gemeinsam innovative Technologien etablieren
„Profinet ist Basis der Industrie 4.0“

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Für viele Anwender ist Industrie 4.0 noch immer ein Gedankengerüst, das wenig mit der Praxis zu tun hat. Zu groß sind die Vorbehalte bezüglich der Investitionssicherheit und der Komplexität. Ein zuverlässiges Netzwerk ist jedoch in jedem Fall die Grundvoraussetzung, um komplexe Anwendungen, wie sie unter dem Aspekt von Industrie 4.0 zu erwarten sind, zu realisieren. Profinet als Kommunikationstechnologie setzt auf IT-Standards auf und ist offen für die IP-Kommunikation. Einen Überblick über den Status von Profinet sowie die laufenden Projekte der Nutzerorganisation gibt Karsten Schneider, Vorsitzender des Vorstands der Profibus Nutzerorganisation e.V., (PNO).

Interview: Andreas Gees, Stellvertretender Chefredakteur, elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Wie definieren Sie die Ziele von Industrie 4.0 und welchen Einfluss haben diese Ziele auf die laufenden Entwicklungen in der PNO?
Schneider: Bei Industrie 4.0 geht es um neue Geschäftsmodelle und darum, mittels flexibler Produktionssysteme die Effizienz der Fertigung zu steigern. Wir als Profibus Nutzerorganisation (PNO) sehen unsere Aufgabe darin, die Kommunikation auf der Feldebene sicherzustellen und für die Bereitstellung der Daten zu sorgen, die sowohl für die Steigerung der Fertigungseffizienz als auch für die Geschäftsmodelle benötigt werden. Je mehr Informationen die Feldgeräte aus dem Prozess liefern, desto effektiver und flexibler kann der Produktionsprozess gestaltet werden. Unsere Aufgabe besteht auch darin, uns an der Definition von Syntax und Semantik zu beteiligen. Je einfacher die Informationen aus den Feldgeräten genutzt werden können, desto größer ist der Mehrwert. Von Bedeutung ist auch die Konnektivität. Einerseits werden Daten aus der Feldebene im Controllersystem oder in der Steuerung benötigt. Andererseits müssen sie auch den Leitsystemen sowie in der Cloud für Analysen zur Verfügung stehen. Die damit verbundenen Anforderungen beschreiben wir zurzeit in der PNO. In der Feldebene haben wir diese mit dem Einsatz von Industrial Ethernet weitgehend erfüllt, jetzt geht es darum, diese Daten auch IT Systemen zur Verfügung zu stellen.
elektro AUTOMATION: Industrie 4.0 ist ein Thema, dass nur von vielen Unternehmen gemeinsam bearbeitet werden kann. In welchen Arbeitskreisen engagiert sich die PNO, um an der Gestaltung der Zukunft mitzuarbeiten?
Schneider: Da es viele verschiedene Aspekte zu berücksichtigen gilt, ist es auch unerlässlich, dass hier viele Gruppen und Organisationen zusammenarbeiten. Dabei wird deutlich, dass der Standardisierung von Schnittstellen besondere Bedeutung zukommt. Gerade, wenn verschiedene Interessengruppen zusammengebracht werden müssen, sind stabile Schnittstellen unerlässlich. Seit 25 Jahren entwickeln wir als PNO Standards im Konsens vieler Unternehmen. Zum Thema Industrie 4.0 haben wir ebenfalls eine Arbeitsgruppe gegründet, um das Thema voranzubringen. Dabei nutzen wir unseren Vorteil als Partner der Anwender. Wir sprechen intensiv mit der Automobilbranche in der AIDA sowie mit der NAMUR für die Prozessindustrie. So erfahren wir, was die anwenderspezifischen Anforderungen sind. Die PNO als Vertreter der Automatisierungs-Hersteller sieht sich dabei in einer Mittlerrolle, auch hier die notwendigen herstellerübergreifenden Standards zu formulieren. So hat die Industrie-4.0-Arbeitsgruppe ihren Fokus darauf gelegt, spezielle Use Cases zu definieren, aus denen sich die Themen für die Technischen Arbeitsgruppen ableiten. Diese bringen wir dann selbstverständlich auch in die Gremien der Plattform Industrie 4.0 z.B. beim ZVEI ein.
elektro AUTOMATION: Sie haben von Use Cases gesprochen. Was sind die Aspekte, die die PNO-Mitglieder für besonders wichtig erachten?
Schneider: Unsere Aufgabe besteht am Anfang darin, Use Cases zu definieren und festzulegen, was für unsere Mitglieder relevant ist. Dazu gehört z.B. das Asset-Management. Aufgabe der von uns entwickelten Asset-Management-Spezifikation ist es, alle wichtigen Informationen über die Geräte eines Anwenders zusammentragen und zu verwalten. Diese Anregung kommt aus der Automobilindustrie und ist auch für die Prozessindustrie wichtig. In der Fertigungsautomation bestehen sogenannte Freigabelisten für die eingesetzten Geräte. Sie legen z.B. fest, welche Soft- oder Firmware-Stände genutzt werden dürfen. Während in der Vergangenheit jeder Hersteller ausgewählte Daten in eigenen Formaten abgelegt hat, haben wir mit dem Asset-Management-Profil eine universelle Lösung definiert, die nicht nur für die Profinet-Geräte gilt, sondern auch alle unterlagerten Systeme einbezieht, beispielsweise den Profibus, serielle Schnittstellen oder proprietäre Bussysteme. So wird vor allem das Tagesgeschäft erleichtert, beispielsweise, um automatisiert sicherzustellen, dass immer die richtigen Versionen im Betrieb sind. Zusammen mit der Topologie-Erkennung und rücklesbarer Adressierung können Anwender einfach einen digitalen Fingerprint erhalten.
elektro AUTOMATION: Wie wirken sich Use Cases auf die zukünftigen Anwendungen aus?
Schneider: Viele dieser Use Cases sind nicht einmal neu, uns geht es heute vielmehr darum, sie zu optimieren, sodass zu einem späteren Zeitpunkt darauf aufgebaut werden kann. Wir fragen, welche Informationen für Predictive Maintenance benötigt werden bzw. wie sie in die Cloud gelangen. Schon heute liefern einzelne Maschinenbauer mittels Profinet und OPC Daten in die Cloud, um damit eine vorbeugende Wartung zu gewährleisten. Quasi in Echtzeit lässt sich damit vorhersagen, wann ein Ausfall bevorsteht. Damit kann die Anlagenverfügbarkeit gesteigert und ein Mehrwert für den Kunden generiert werden. Maschinenbauer oder Systemintegratoren greifen so zunehmend in das Tagesgeschäft des Anlagenbetreibers ein und übernehmen einen Teil dessen Aufgaben. So entstehen die neuen Geschäftsmodelle, die vorher nicht möglich waren, aber für die wir als PNO die notwendigen Daten über Ethernet liefern.
elektro AUTOMATION: Ist Security ebenfalls ein Use Case?
Schneider: Security ist zwar im engeren Sinn kein Use Case, aber ebenfalls ein wichtiger Aspekt. Sie ist letztendlich die Voraussetzung, damit viele andere Use Cases überhaupt realisierbar sind; wie z.B. Analytics in der Cloud. Daher beschäftigt uns dieses Thema bereits seit 2006. Damals haben wir mit der Security Guideline den Grundstein gelegt, sodass wir heute darauf mit weiteren Use Cases aufbauen können.
elektro AUTOMATION: Welche Rolle spielen innerhalb der Arbeitsgruppen in der PNO die aktuell diskutierten Technologien OPC UA, MQTT, TSN oder IPV6?
Schneider: Bei TSN und IPV6 handelt es sich um Basistechnologien, die dem Ethernet mehr Möglichkeiten verleihen. Mit ihrer Hilfe können wir auch Profinet weiterentwickeln. IPV6 wird immer häufiger nachgefragt, weil damit ein größerer Adressbereich zur Verfügung steht. IPV6 bietet aber auch die Möglichkeit, eine automatische Konfiguration von Adressen einzuführen, wie wir sie bei Profinet nutzen möchten. TSN wird es ermöglichen, auch mit Standard-Ethernet harte Echtzeitanforderungen zu erfüllen, so wie wir sie heute mittels Profinet IRT und eigenen ASICs realisieren. Mit TSN wird die Integration der Technologie in die Geräte sehr viel einfacher. Auch dieser Standard wird zurzeit intensiv in der entsprechenden PNO-Arbeitsgruppe diskutiert. Wir gehen heute davon aus, diese Technologie nach erfolgter Standardisierung durch die IEEE zu nutzen. Für die Applikation ist es kein Unterschied, wie die Echtzeitfähigkeit sichergestellt ist. Auch für den Anwender ändert sich kaum etwas. Während Profinet für schnelle Zykluszeiten entwickelt wurde und die Echtzeitkommunikation mit hoher Fehlersicherheit in der Anlage sicherstellt, ist OPC UA für den Transport größerer Datenmengen zu Servern, weiteren IT-Applikationen oder in die Cloud optimiert. OPC erfordert einen größeren Overhead, bietet aber auch wesentlich mehr Funktionalitäten für große Datenmengen. Profinet und OPC arbeiten eng zusammen. Für die PNO ist es deshalb wichtig, dass Profinet auf einem offenen Ethernet basiert. OPC und Profinet werden auf der Basis von TSN als offenem Standard sinnvoll nebeneinander existieren. Ich bin auch sicher, dass OPC weiter in den Automatisierungsbereich vordringen wird. Hier liegt eine Stärke von Profinet, da wir OPC über die selbe Leitung nutzen können.
elektro AUTOMATION: Nach dem Einzug des Ethernets in die Fabrikautomation kommen auch immer mehr Prozessautomatisierer auf den Geschmack. Darüber hinaus hat im vergangenen Jahr eine Arbeitsgruppe ein Konzept für eigensicheres Ethernet vorgestellt.
Schneider: An diesem Thema arbeiten wir mit der NAMUR zusammen. Dort ist gerade im AK 2.6 ein Positionspapier entstanden, bei dem wir auch mitgewirkt haben. Da Ethernet grundsätzlich keine für den Ex-Bereich standardisierte Lösung ist, sind zusätzliche Anforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus fordert die NAMUR beispielsweise Leitungslängen bis 1000 m. Aber auch Datenraten bis 100 Mbit sollen möglich sein. In der Prozessautomation hat sich die Zweidraht-Anschlusstechnik durchgesetzt; daran muss sich auch ein neues System messen. Darüber hinaus ist eine Usability gefordert, die HART oder dem 4-20-mA-Interface entspricht. Feldbusse haben zwar heute eine gewisse Verbreitung in der Prozessindustrie gefunden, aber längst nicht den Status erreicht, den sie in der Fabrikautomation haben, oder den die Verbreitung der 4-20-mA-Technik erreicht hat. Ethernet ist unbestritten als Kommunikationsmedium für die Prozesstechnik relevant. Möchten wir es dort auf breiter Front erfolgreich einführen, dann muss sichergestellt sein, dass wir keinen weiteren Feldbus etablieren. Wir möchten vielmehr langfristig bisherige Lösungen ersetzen und in weiten Teilen auf Standard-Ethernet aufsetzen. Das Konzept wurde bewusst in einer Firmengruppe erarbeitet. Jetzt ist es Aufgabe der PNO, den Standardisierungsprozess einzuleiten.
elektro AUTOMATION: Wie muss sich Profibus PA bzw. Profinet weiterentwickeln, um zur Ex-Ethernet-Lösung zu werden?
Schneider: Die Ex-Fähigkeit wird lediglich durch einen physikalischen Layer erreicht. Forderung war jedoch von Anfang an, dass als Basis für den Layer ein IEEE-konformes Ethernet zugrunde gelegt wird, sodass bestehende Standards genutzt werden können. In den Gesprächen mit der NAMUR wurden wir gefragt, wie wir Profinet für die Prozesstechnik attraktiver machen wollen. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist beispielsweise, das Profibus-PA-Profil auf Profinet zu übertragen, was ja bisher nur für Profibus PA erfolgt ist. Die NAMUR hat auch dafür ihre Anforderungen klar definiert, etwa, wenn es darum geht, Geräte ohne Werkzeugeinsatz zu tauschen. Gewünscht sind außerdem Systemredundanz und Configuration in Run, weitere wichtig Aspekte, die wir heute ja schon in Profinet definiert haben.
elektro AUTOMATION: Welche Bedeutung kommt den Wireless-Technologien zu?
Schneider: Wireless-Lösungen haben zweifelsohne ihre Anwendungsbereiche gefunden. Wireless-Hart-Geräte in der Prozessautomation machen dort Sinn, wo Daten in längeren Zyklen übertragen werden. Wireless-Hart-Lösungen lassen sich mittels Proxy-Technologie und Gateways an Profinet anbinden. Für diese Anforderung haben wir ebenfalls eine Spezifikation bereitgestellt, die das Daten-Mapping regelt.
elektro AUTOMATION: Viele Unternehmen messen IO-Link als Enabler für Industrie 4.0 eine besondere Bedeutung zu. Was sind die Gründe dafür?
Schneider: IO-Link ist ein Schlüssel zu Industrie 4.0. Mit IO-Link kann ich den Sensor im Feld integrieren und bekomme so neben den eigentlichen Sensorwerten auch den Zustand des Sensors, Diagnosedaten sowie Daten für das Asset-Management. IO-Link ist kein Protokoll im Sinne eines Bussystems, es ermöglicht vielmehr, den Sensor digital anzuschließen und mit der Cloud zu verbinden. Da IO-Link einen Feldbus voraussetzt, arbeiten wir in der PNO an einem Mapping, um die Daten durchgängig in die Profinet-Welt zu übertragen. IO-Link ist eine essentielle Technologie, die Industrie 4.0 weiterbringen wird. Das wird auch am steigenden internationalen Interesse deutlich.
elektro AUTOMATION: Die PNO hat ein Projekt angekündigt.
Schneider: IO-Link-Hersteller haben innerhalb der PNO ein Projekt gestartet, bei dem die IODDs zentral in einer Datenbank abgelegt werden. Dieser Anwenderwunsch steht im Raum, seitdem es Profibus gibt. Die Anwender können so die Konfigurationsdaten nicht nur vom Hersteller bekommen, sondern zentral aus einer webbasierten Datenbank laden. Dieses Projekt haben wir jetzt erstmals auf der SPS IPC Drives vorgestellt. Es kann durchaus ein Modell für andere Gerätedaten sein. Jeder Hersteller hat bisher sein eigenes Ablagesystem, doch durch die Verfügbarkeit an einer zentralen Stelle erhöht sich die Usability, gerade auch im Hinblick auf den Industrie-4.0-Gedanken. Wir sind der Meinung, dass diese Datenbank zur Usability beiträgt, um so Probleme, wie wir sie bei der Migration von HART zu Profibus hatten, auszuschließen. Der Hersteller ist in der Verantwortung, immer seine aktuellste IODD zur Verfügung zu stellen. Er übernimmt aber auch die Gewährleistung und muss seinen internen Freigabeprozess auf diese Datenbank ausweiten.

Kontakt

Profibus Nutzerorganisation e.V.

Karlsruhe
Tel. +49 721 9658590


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