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Echtzeit-Ethernet-Kommunikation

Profinet - von der Industrie in die Windenergie

10. Oktober 2013, 10:06 Uhr | Philipp Dauer, Phoenix Contact Electronics

Bild 1: Profinet nutzt das Paket-Priorisierungsverfahren und baut direkt auf dem Ethernet-Layer auf, was die Koexistenz von echtzeitfähigen Profinet-Paketen und Standard-IT-Anwendungen wie HTTP oder SNMP ermöglicht.

Weil Windenergieanlagen immer größer und komplexer werden, wachsen die Anforderungen an die Kommunikationsstrukturen innerhalb einer Anlage und zwischen mehreren Anlagen kontinuierlich. Industrial-Ethernet-Systeme wie Profinet können dabei auch den Anforderungen von WEA und ganzen Windparks gerecht werden.

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Bei WEA handelt es sich um hochgradig vernetzte Maschinen, in denen verschiedene Sensoren eine große Menge von Daten sammeln, verarbeiten und an Aktoren oder übergeordnete Instanzen weiterleiten müssen. Um den Engineering-Aufwand bei der Automatisierung von WEA möglichst gering zu halten, liegt der Einsatz eines standardisierten Protokolls zur Datenübertragung innerhalb der Anlagen nahe. Als weit verbreiteter Standard in der industriellen Automatisierung hat sich das Echtzeit-Ethernet-Protokoll Profinet daher auch in der Windenergie etabliert: Es bietet sowohl den Betreibern als auch den Herstellern von WEA zahlreiche Vorteile.

Vorrangige Weiterleitung der Profinet-Telegramme

WEA-Hersteller benötigen einen Übertragungsweg, über den Informationen schnell und problemlos zwischen den einzelnen Anlagenkomponenten ausgetauscht werden können. Die Kommunikations-Hardware hat dabei möglichst kostengünstig zu sein. Zudem soll die Datenübertragung stabil, deterministisch und in Echtzeit sowie parallel zu anderen Kommunikationsprotokollen auf Ethernet-Basis ablaufen. Die jeweilige Peripherie soll herstellerunabhängig und einfach anzubinden sein. So müssen Komponenten wie Umrichter, Generatoren und Pitch-Antriebe über eine Steuerungseinheit vernetzt werden, wobei die Geräte Daten in Echtzeit austauschen, damit eine adäquate Reaktionszeit sichergestellt ist. Parallel müssen Informationen zur Datenakquise via OPC an das SCADA-System übermittelt werden, was eine parallele TCP/IP- oder UDP/IP-Kommunikation erfordert. Um die Investitionskosten zu reduzieren, sollte ein einziges Kabel ausreichen. Profinet erfüllt all diese Anforderungen, so dass sich das Protokoll als Kommunikationslösung zur Automatisierung von WEA anbietet.

Als offener Standard für die industrielle Datenübertragung definiert Profinet eine Architektur auf Basis von Standard-Ethernet. Das Protokoll erlaubt die Umsetzung verteilter Automatisierungs-Strukturen, die Einbindung einfacher dezentraler Feldgeräte und den Betrieb von Motion-Control-Anwendungen. Weil es das Ethernet-Priorisierungsverfahren unterstützt, werden die Profinet-Telegramme vorrangig von den Infrastruktur-Komponenten weitergeleitet. Eine Koexistenz von Profinet und anderen Standard-Ethernet-Verfahren wie HTTP oder OPC ist somit möglich. Die Daten werden vollduplex in Echtzeit mit einer Rate bis 1 GBit/s über ein einziges physikalisches Medium ausgetauscht. Die Verbindungsleitung lässt sich zudem sowohl als redundantes Ringsystem wie auch konventionell als Linienstruktur aufbauen (Bild 1).