Kommunikation als Enabler

Profibus-Konferenz: APL-Buslösung soll Profibus PA ablösen und Weg zur Industrie 4.0 ebnen

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24.03.2017 Was ist der Beitrag von Profibus zur Industrie 4.0? Die Frage stand auf der PI-Konferenz in Frankfurt, die Ende März stattgefunden hat, im Vordergrund. Für die Prozessindustrie ging es aber vielmehr um die Weiterentwicklung der Industrie 3.x.

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Entscheider-Facts für Betreiber und Ausrüster

  • Profinet soll in Zukunft auch in der Prozessindustrie von der Leitebene bis hin zum Feldgerät reichen.
  • Die APL-Gruppe will dafür zusammen mit der Profibus Nutzerorganisation in den kommenden drei Jahren eine Zweileiter-Lösung für die Ethernet-Kommunikation im Feld zur Marktreife entwickeln.
  • Die künftige Kommunikationslösung für die Prozessindustrie sieht die PNO als Lösungspaket, bestehend aus Profinet, PA-Profil für Profinet, FDI und Ethernet im Ex-Bereich.

Kommunikation ist der zentrale Punkt, wenn es darum geht, Produktionssysteme zu vernetzen. Dass sich die Profibus Nutzerorganisation (PNO) im Zentrum der Industrie-4.0-Entwicklung sieht, wundert deshalb kaum. Doch ob vor allem die Prozessindustrie-Ausprägung des Profibusses angesichts mickriger Bandbreite (31 kBit/s) überhaupt in der Lage ist, hier einen Beitrag zu leisten, wird nicht nur von Anwendern, sondern auch von Herstellern mehr oder weniger offen angezweifelt.

Dass Profibus PA auch deshalb keine Zukunft hat, war schon auf der letzten PI-Konferenz vor zwei Jahren zu hören. Das breitbandige Profinet soll auch für die Prozessindustrie die Bustechnik der Zukunft werden. Und hierzu gab es gleich mehrere interessante Aussagen auf dem Kongress der Nutzer und Anbieter, der in diesem Jahr im Frankfurter Bundesliga-Stadion stattgefunden hat.

Profibus PA wird durch Profinet ersetzt

Als ersten Schritt auf dem Migrationspfad sieht die Bus-Organisation die Ablösung von Profibus DP durch Profinet als Backbone von Prozessautomatisierungslösungen im Nicht-Ex-Bereich. Und in nicht allzuferner Zukunft soll Profinet über die von den Anwendern geforderte Zweileiter-Lösung auch die Feldebene bis hin zur Ex-Zone 0 erreichen. Die APL-Gruppe, ein Zusammenschluss verschiedener Automatisierungshersteller, hat sich, so Profibus-Vorstand Karsten Schneider, im Februar darauf geeinigt, wie die neue Lösung für eine künftige Ethernet-in-the-Field-Physik vorangetrieben werden soll. Die PNO soll als „Host-Organisation“ hier künftig neben ODVA und Fieldcomm-Group eine wichtige Rolle spielen, um das technisch bereits spezifizierte Bussystem innerhalb der nächsten drei Jahre zur Marktreife zu bringen.

Und weil die Prozessindustrie für ihre Anwendungen ein spezielles Profil benötigt, soll das PA-Profil noch in diesem Jahr auch für Profinet adaptiert werden. Die künftige Kommunikationslösung für die Prozessindustrie sieht die PNO als Lösungspaket, bestehend aus

  • Profinet,
  • PA-Profil für Profinet,
  • FDI und
  • Ethernet im Ex-Bereich.

„Eine IP-basierte Kommunikation auf allen Ebenen ist die Voraussetzung, um Industrie 4.0 zu ermöglichen“, ist Michael Kessler, Executive Vice President Components & Technology bei Pepperl+Fuchs, überzeugt. Gemeinsam mit Dr. Jörg Hähniche, Endress+Hauser, stellte Kessler in Frankfurt vor, auf welche Topologie sich die Hersteller für Ethernet im Feld geeinigt haben: Dieses besteht aus einem Ethernet-Switch in Zone 2, einer bis zu 1.000 m langen 2-Drahtlösung mit Stromversorung („Trunk“) in Schutzart Ex e für Zone 1, die schließlich Feldgeräte in Zone 0 über bis zu 200 m über zwei Leiter anbindet („Spur“, Ex i). Die künftige Lösung soll transparent für alle Ethernet-Protokolle sein, also auch Profinet, und Switches in den Zonen 2 und 1 nutzen. Außerdem sieht die Spezifikation vor, dass Profibus-PA-Kabel sowie alle gängigen Schirmungskonzepte genutzt werden können.

In der ersten Phase ist eine Bandbreite von 10 MBit/s vorgesehen, in Phase 2 soll die Lösung in Richtung 100 MBit/s weiterentwickelt werden, die Entfernungsanforderung wird dann jedoch von 1.000 auf 500 m reduziert. Jedes Field Switch soll bis zu 50 Feldgeräte versorgen können. Die Feldbusphysik soll vollständig kompatibel zu Standard-Ethernet in den Ebenen 1 und 2 des ISO/OSI-Modells sein und eine durchgängige Profinet-Kommunikation bis zum Feldgerät ermöglichen.

Von der höheren Bandbreite versprechen sich die Protagonisten zusätzliche Funktionalitäten und kleinere Zykluszeiten. Feldgeräte sollen künftig direkt in Industrie-4.0-Architekturen eingebunden werden können. Und auch für einfache Sensoren wie Drucktransmitter oder Temperaturmessumformer soll die Breitband-Zweidraht-Kommunikation wirtschaftlich sein.

Internationaler Standard angestrebt

Neben der technischen Lösung wurden auch bereits Schritte in Richtung einer internationalen Standardisierung unternommen. Seit September 2016 beschäftigt sich eine Study Group inerhalb der IEEE (IEEE802.3) mit der Twisted-Pair-Ethernet-Lösung, bereits im November 2016 wurde eine IEEE-Taskforce gegründet, die eine Erweiterung des Standards IEEE 802.3 zum Ziel hat. Und obwohl die IEEE keine Eigensicherheit normiert, soll der Standard zumindest so beschrieben werden, dass Eigensicherheit nicht verhindert wird. Damit ist bereits der dritte von fünf Schritten hin zu einer standardisierten Lösung in Arbeit. Bereits 2018 sollen erste Demonstratoren verfügbar sein.

Die neue Ethernet-Kommunikation wird vor allem auch vor dem Hintergrund der von der Namur im November vorgeschlagenen „Namur Open Architecture – NOA“ wichtig: Diese beschreibt einen zusätzlichen Kommunikationszugang in die in Prozessanlagen vorhandene Automatisierungs-Infrastruktur. Mit der von der APL-Group definierten Ethernet-Lösung ist es möglich, den OPC-UA-Server samt FDI-Gerätebeschreibungen, Bedienungs- und Reparaturanleitungen etc. in das Feldgerät zu verlegen. So sollen Feldgeräte künftig nicht nur über Webbrowser bedient werden können, sondern die Gerätebeschreibungen können über die Feldkommunikation auch einfach in Konfigurationswerkzeuge in der Leitwarte hochgeladen und genutzt werden.

Konkreter Nutzen soll daraus vor allem bei Wartung und Instandhaltung entstehen. Denn so könnte die unproduktive Suche nach Dokumentation und Wartungsinformationen zu Geräten eliminiert werden, so die Hoffnung der Gerätehersteller und der Anwender. Und schließlich ebnet die schnelle Kommunikation und der zusätzliche NOA-Zugang auch den Weg für Big-Data-Anwendungen in der Cloud, mit denen die vorausschauende Wartung künftig zum neuen Geschäftsmodell für die Gerätehersteller werden könnte. Erst damit wäre wirklich ein erster Schritt von der Industrie 3.x hin zur Industrie 4.0 getan.

Heftausgabe: Mai 2017
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK
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