Messsysteme in PROFINET integrieren: DEWETRON Datenerfassung für die Automatisierung

Industrielle Prüf- und Automatisierungssysteme erfordern eine nahtlose Kommunikation zwischen Messtechnik und SPS-basierten Steuerungssystemen. Während Messsysteme wertvolle Daten erfassen und berechnete Ergebnisse liefern, werden für die Bereitstellung dieser Informationen in der Automatisierungsumgebung häufig zusätzliche Schnittstellen oder individuelle Kommunikationslösungen benötigt.

Mit der PROFINET-Unterstützung in OXYGEN können DEWETRON Datenerfassungssysteme direkt in bestehende Industrial-Ethernet-Netzwerke integriert werden. Dadurch lassen sich ausgewählte Messwerte und berechnete Ergebnisse an eine SPS übertragen und eine standardisierte Verbindung zwischen Datenerfassung und Automatisierung schaffen. In diesem Artikel erklären wir die Grundlagen von PROFINET und zeigen, wie Sie die PROFINET-Kommunikation in OXYGEN konfigurieren.

Was ist PROFINET?

PROFINET (Process Field Network) ist ein offener Industrial-Ethernet-Standard für die Kommunikation in Automatisierungsumgebungen. Der Standard wird von PROFIBUS & PROFINET International (PI) entwickelt, gepflegt und ermöglicht einen schnellen und zuverlässigen Datenaustausch zwischen Automatisierungskomponenten wie SPSen, Steuerungen, I/O-Geräten, Antrieben und Messsystemen.

Obwohl PROFINET auf der Standard-Ethernet-Technologie basiert, erweitert es diese um Mechanismen, die speziell für die zeitlichen Anforderungen industrieller Anwendungen entwickelt wurden. Es unterstützt Echtzeitkommunikation für zyklische Prozessdaten und ermöglicht gleichzeitig die Nutzung von Standard-Ethernet- und TCP/IP-Kommunikation im selben Netzwerk. Je nach Anwendung eignet sich PROFINET daher sowohl für klassische Fabrikautomatisierung als auch für hochgradig zeitkritische und synchronisierte Prozesse.

Wie funktioniert PROFINET?

In einem PROFINET-Netzwerk werden die Geräte entsprechend ihrer Rolle innerhalb des Automatisierungssystems unterschieden:

• IO-Controller: Typischerweise eine SPS oder ein Automatisierungscontroller, der das Steuerungsprogramm ausführt und Prozessdaten mit den angeschlossenen Geräten austauscht.
• IO-Device: Ein Feldgerät, das mit dem IO-Controller verbunden ist, beispielsweise ein I/O-Modul, Antrieb, Sensor oder Messsystem. Es stellt Eingabedaten für die Steuerung bereit und empfängt Ausgabedaten.
• IO-Supervisor: In der Regel ein Engineering-PC, Programmiergerät oder HMI für Konfiguration, Inbetriebnahme und Diagnose.

Während des Betriebs tauschen IO-Controller und IO-Devices ihre Prozessdaten zyklisch aus. Darüber hinaus unterstützt PROFINET azyklische Kommunikation für Aufgaben wie Parametrierung, Konfiguration, Diagnose und Statusinformationen. Dadurch können zeitkritische Prozesswerte und weniger zeitkritische Servicedaten über dasselbe Netzwerk übertragen werden.

Gemeinsam bilden diese Komponenten ein PROFINET-IO-System. Im einfachsten Fall besteht es aus einem IO-Controller und einem oder mehreren IO-Devices. IO-Supervisoren können bei Bedarf für Inbetriebnahme, Konfiguration oder Diagnose hinzugefügt werden.

Abb. 1: Beispiel eines PROFINET-IO-Systems

Warum PROFINET für Messsysteme verwenden?

In automatisierten Testumgebungen erfüllen Messsysteme und Steuerungssysteme häufig unterschiedliche Aufgaben. Während ein Datenerfassungssystem hochpräzise Signale erfasst und komplexe Berechnungen durchführt, steuert eine SPS typischerweise den Prüfablauf, bedient Aktoren und reagiert auf definierte Prozessbedingungen.

Damit diese Aufgaben koordiniert werden können, müssen relevante Messinformationen in der Automatisierungsumgebung verfügbar gemacht werden. Dazu zählen direkt erfasste Sensordaten, berechnete Größen oder Statusinformationen. Ohne eine geeignete industrielle Kommunikationsschnittstelle sind dafür häufig zusätzliche Gateways, spezielle Hardware oder individuelle Kommunikationslösungen erforderlich.

PROFINET bietet einen standardisierten Weg, Messtechnik und Automatisierung miteinander zu verbinden. Durch die direkte Integration eines Messsystems in das PROFINET-Netzwerk können ausgewählte Messwerte und Berechnungsergebnisse der SPS innerhalb des automatisierten Prüfprozesses bereitgestellt werden.

Typische Anwendungen sind:

• Automatisierte Produktions- und Montagelinien – Automobil-Montagelinien, robotergestützte Fertigungszellen, automatisierte Produktionssysteme
• Energie- und Leistungsüberwachung – Generatortests, Umrichtertests, Überwachung von Umspannwerken
• Maschinenvalidierung und Inbetriebnahme
• End-of-Line-Tests
• Hardware-in-the-Loop-(HIL)-Systeme

Beispiel: Prüfstand für Elektromotoren

Betrachten wir einen automatisierten Prüfstand für Elektromotoren: Die SPS steuert den Prüfablauf und die Betriebspunkte, während ein DEWETRON-Messsystem Spannungs-, Strom-, Drehmoment- und Drehzahlsignale erfasst. OXYGEN berechnet daraus Kennwerte wie Wirkungsgrad, Leistungsfaktor, Effektivwerte oder andere abgeleitete Größen.

Über PROFINET können ausgewählte Ergebnisse direkt an die SPS übertragen und in den automatisierten Prüfablauf integriert werden. Dadurch kann das Automatisierungssystem auf Messergebnisse reagieren, Aktionen basierend auf definierten Prüfbedingungen auslösen und vollständig automatisierte Validierungsprozesse durchführen.

PROFINET-Integration mit DEWETRON OXYGEN

DEWETRON-Datenerfassungssysteme mit dem TRION-PROFINET-IO-DEVICE-Modul können direkt mit SPSen und Automatisierungscontrollern über PROFINET kommunizieren. Dabei arbeitet das Messsystem als PROFINET-IO-Device und stellt ausgewählte Messdaten dem IO-Controller, in der Regel einer SPS, zur Verfügung.

In OXYGEN können bis zu 100 synchrone und asynchrone Skalarkanäle für die Übertragung über PROFINET ausgewählt werden. Diese Kanäle können sowohl erfasste Messsignale als auch in OXYGEN berechnete Ergebnisse, beispielsweise Formelkanäle, enthalten. Die Datenübertragung erfolgt mit Raten von bis zu 500 S/s und umfasst jeweils den aktuellsten Mess- oder Berechnungswert inklusive relativem Zeitstempel.

Die Konfiguration auf Seiten der Steuerung wird durch eine spezielle GSDML-Datei vereinfacht, die direkt aus OXYGEN exportiert werden kann. Zusätzlich kann OXYGEN eine TAG-Datei mit ergänzenden Kanalinformationen erzeugen, um die Konfiguration in der Steuerungsumgebung weiter zu erleichtern. Gemeinsam ermöglichen diese Dateien eine unkomplizierte Integration des DEWETRON-Messsystems in bestehende PROFINET-Netzwerke.

Kurzanleitung: PROFINET in OXYGEN einrichten

1. Stellen Sie sicher, dass das TRION-PROFINET-IO-DEVICE-Modul installiert und korrekt erkannt wurde.
2. Öffnen Sie den Reiter Server und fügen Sie eine neue PROFINET-Instanz hinzu.
3. Konfigurieren Sie die gewünschte Aktualisierungsrate und wählen Sie die zu übertragenden Messkanäle aus.
4. Exportieren Sie die GSDML-Datei sowie optional die TAG-Datei und importieren Sie diese in die Konfigurationsumgebung Ihrer Steuerung.
5. Starten Sie die Datenübertragung über die Play-Schaltfläche.

Zur Vereinfachung von Inbetriebnahme und Diagnose stellt OXYGEN außerdem Echtzeit-Statusinformationen für Application-, Bus- und Error-Status bereit, die jederzeit aktualisiert werden können.

Abb. 2:  PROFINET-Konfiguration in OXYGEN

Fazit

PROFINET bietet eine standardisierte und zuverlässige Möglichkeit, Messsysteme in industrielle Automatisierungsumgebungen zu integrieren. Dank der nativen PROFINET-Unterstützung ermöglicht die OXYGEN-Messsoftware von DEWETRON eine nahtlose Kommunikation zwischen Datenerfassungssystemen und SPSen. Dadurch können Messdaten direkt in automatisierte Prozesse eingebunden werden. Das vereinfacht die Systemintegration und unterstützt Unternehmen dabei, Prüf-, Validierungs- und Automatisierungsprozesse effizienter umzusetzen.