Drahtlose Kommunikation in der Industrie WLAN rückt näher an Industrial Ethernet heran

Olaf Schilperoort, Produktmanager bei Belden: »Der Einbindung von WLAN-Geräten in ein EtherNet/IP- oder Profinet-Netzwerk steht jetzt nichts mehr im Weg.«
Olaf Schilperoort, Produktmanager bei Belden: »Der Einbindung von WLAN-Geräten in ein EtherNet/IP- oder Profinet-Netzwerk steht jetzt nichts mehr im Weg.«

Belden bietet jetzt als erster Hersteller WLAN-Geräte an, die die beiden weltweit am häufigsten genutzten Industrial-Ethernet-Standards, Profinet und EtherNet/IP, voll unterstützen: Mit der Firmware »HiLCOS« konnten die Hirschmann-WLAN-Access-Points und -Clients der Serien BAT54 und BAT300 so erweitert werden, dass die Geräte ohne eine zusätzliche Management-Software in Profinet- und EtherNet/IP-Netzwerke integriert werden können.

WLAN ist nichts anderes als die Übertragung von Ethernet-Paketen durch die Luft. Wenn die WLAN-Geräte die entsprechenden Normen erfüllen, wirft der Einsatz in Industrienetzen also keine Probleme auf - sollte man meinen. In der industriellen Produktion sind aber viele verschiedene Ethernet-Varianten zu finden: am häufigsten neben Standard-Ethernet-TCP/IP die industriespezifischen Versionen Profinet und EtherNet/IP. Jetzt sind diese erstmals vollständig in WLAN-Geräten implementiert, was die Integration von WLAN in Industrienetze vorantreiben dürfte.

Weil viele Industrienetze ursprünglich auf Feldbustechniken aufbauten, wurden Ethernet-gestützte Varianten der Feldbusse entwickelt, um Kompatibilität zwischen herkömmlichen und neuen Netzwerktechniken herzustellen.

»Protokolle wie Profinet oder EtherNet/IP dienen dazu, Feldbusgeräte, Controller und Ethernet-Netzwerkkomponenten miteinander zu vernetzen«, erläutert Produktmanager Olaf Schilperoort, der bei Belden für die WLAN-Produkte der Marke Hirschmann zuständig ist. »Die Protokolle sind in Netzwerkkomponenten wie Switches oder auch WLAN-Access-Points erforderlich, um diese für den Controller oder die Management-Software erkennbar und steuerbar zu machen.«

Drahtlose Netzwerke müssen aber wegen ihrer Flexibilität und damit auch Veränderlichkeit anders administriert werden als drahtgebundene. »Nicht von ungefähr waren bislang keine WLAN-Geräte erhältlich, die sowohl Profinet als auch EtherNet/IP unterstützen«, verdeutlicht Schilperoort. »Die Integration dieser Protokoll-Stacks sowie zusätzlicher Funktionen und Parameter macht somit die Geräte der Serien BAT54 und BAT300 von Hirschmann besonders flexibel einsetzbar.«

Profinet und EtherNet/IP

Profinet beruht auf Ethernet-TCP/IP und erweitert so die Profibus-Technik für Anwendungen, bei denen schnelle Datenkommunikation über Ethernet-Netze in Kombination mit industriellen IT-Funktionen gefordert ist. Zum Einsatz kommt Profinet in der Fertigungstechnik, in der Prozess- und Gebäudeautomatisierung sowie für das gesamte Spektrum der Antriebstechnik bis hin zu taktsynchronen Motion-Control-Applikationen. »Nach Standard-Ethernet-TCP/IP ist Profinet das am zweitstärksten in der Industrie verbreitete und das häufigste genuin für die Industrie entwickelte Ethernet-Protokoll«, betont Schilperoort. Standardisiert ist Profinet in den IEC-Normen 61158 und 61784.

In der Praxis wird meist die Profinet-Variante Profinet IO angewandt. Sie ist auf die Kommunikation zwischen einer Steuerung und dezentralen Geräten im Netzwerk zugeschnitten. »Profinet IO baut auf dem Funktionsmodell von Profibus auf und nutzt die Fast-Ethernet-Technik als physikalisches Übertragungsmedium«, führt Schilperoort aus. »WLAN-Geräte oder allgemein Ethernet-fähige Geräte sind daher in Profinet-IO-Umgebungen grundsätzlich einsetzbar, weil sie Ethernet-Pakete immer transparent übertragen.« Das Profinet-System sei aber auf die schnelle Übertragung von I/O-Daten zugeschnitten und übertrage auch Bedarfsdaten und Parameter sowie IT-Funktionen. »WLAN- und andere Netzwerkkomponenten, die diese Daten und Funktionen nicht auswerten und auf Anfragen von Profinet-IO-fähigen Komponenten im Netzwerk, etwa einer SPS, nicht reagieren, sind für den Netzwerkadministrator quasi unsichtbar und nicht administrierbar«, ergänzt Schilperoort.

Die Netzwerkkomponenten werden bei Profinet über eine Gerätebeschreibung in das Projektierungs-Tool eingebunden. Die Eigenschaften der Geräte (Profinet IO Devices) werden von deren Hersteller in einer GSD-Datei beschrieben. Die Peripheriesignale der Geräte werden zyklisch in die SPS eingelesen, dort verarbeitet und anschließend wieder an die Geräte ausgegeben. »Neben dem zyklischen Nutzdatenaustausch bietet Profinet zusätzliche Funktionen für die Übertragung von Diagnosen, Parametrierungen und Alarmen und unterstützt Echtzeit-Funktionen«, legt Schilperoort dar.

EtherNet/IP baut auf den Transportprotokollen TCP/IP und UDP/IP auf, so dass wie bei Profinet grundsätzlich Ethernet-fähige Geräte auch mit EtherNet/IP betrieben werden können. »In der Industrie bildet EtherNet/IP nach Standard-Ethernet-TCP/IP und Profinet die Nummer drei unter den Ethernet-Techniken und nach Profinet die Nummer zwei unter den Industrial-Ethernet-Standards«, stellt Schilperoort fest.

Vergleichbar mit Profinet IO erweitert EtherNet/IP Ethernet um ein Industrieprotokoll (CIP, Common Industrial Protocol) als Applikationsschicht für Automatisierungsanwendungen. »Die Funktionen des CIP-Protokolls sind die Datenerfassung in vernetzten Workstations, die Online-Konfiguration und -Programmierung von Geräten sowie die Steuerung von E/A-Peripherie und Feldgeräten in Echtzeit übers Ethernet«, sagt Schilperoort. CIP bildet dabei den Application Layer und wird neben EtherNet/IP auch in zwei Feldbussystemen eingesetzt: ControlNet und DeviceNet. Das Protokoll nutzt E/A-Nachrichten (implicit messages) und individuelle Frage/Antwort-Telegramme zur Konfiguration und Datenerfassung (explicit messages).