Machines modulair opbouwen
Profinet zorgt voor transparantie

version française

De verdere ontwikkeling van automatiseringstechniek in de richting van open, verdeelde systemen met bijhorende modulaire installatie- en machinestructuren zorgt vandaag de dag voor een belangrijke trend. Om hier aan tegemoet te komen vormt Profinet de basis van dergelijke modulaire machineopbouw.

De recentste ontwikkelingen beroepen zich op de vraag van de gebruiker naar openheid, transparantie en eenvoudigere beheerbaarheid van de alsmaar complexer wordende productieprocessen en -installaties. “Ease of use” staat vandaag de dag op de eerste plaats van het wensenlijstje.
Daarbij behoren verdeelde automatiseringssystemen in de hedendaagse productiewereld tot de noodzakelijke voorwaarden om tot de flexibele modulaire opbouw van machines te komen. Met deze vereisten wil de gebruiker significante tijd- en kostenbesparingen verkrijgen bij het in dienst nemen en het bedrijven van zijn toepassing. Profinet helpt hem daarbij.

Componenten
Door de groeiende benuttingsgraad van installaties, de verhoogde productiedruk en de druk op minimale stocks beschikt men vandaag de dag niet meer over een zee van tijd bij het implementeren van een nieuwe machine of installatiedeel. In afnemende mate kunnen en worden machinedelen nog online gemonteerd en uitgetest.
In de toekomst zal het merendeel van de installatie reeds bij de machinebouwer geassembleerd en uitgetest worden. Dit vereist dan weer wel dat de machine op te delen is in autonome componenten. Een component bestaat dan uit een mechanisch, elektronisch en softwaredeel, en die eenvoudig in de installatie ingepast kan worden. De totnogtoe gebruikelijke centrale sturing wordt nu in toenemende mate vervangen of bijgestaan door gedecentraliseerde veldmodules, sturingen of componenten.

Profinet
Profinet bevat verscheidene aspecten die de gebruiker in de ganse levensloop van een machine of installatie ondersteunen. Dit begint reeds bij de projectfase of engineering, om vervolgens eenmaal in bedrijf voor een verhoogde flexibiliteit en onderhoudsvriendelijke automatiseringssystemen binnen modulair gestructureerde machines te zorgen. Dit wordt in eerste instantie ook nog bijgetreden door een installatieoverkoepelende en fabrikantafhankelijke engineering.
Naast de integratie van Profibus en ethernet is het principieel mogelijk elk veldbussysteem in een Profinet systeem te integreren. De integratie van Profibus en andere veldbussys­temen gebeurt door middel van het proxy-concept. Een proxy (waarnemer) zorgt voor de directe koppeling tussen bijvoorbeeld een Profibus- en een ethernetsegment (Profinet). Daarmee kan de functionaliteit van een onderliggende Profibusader, die mogelijk een machinemodule automatiseert, ter beschikking van het ethernet gesteld worden. Alle aanwezige en in de toekomst bijkomende Profibus-modules kunnen op die manier zonder dat er een aanpassing dient te gebeuren, in het totale systeem geïntegreerd worden.
Zijn prestatievermogen haalt Profinet uit het objectgeoriënteerde runtime-concept. Op basis van een objectmodel worden binnen Profinet machines en installaties als technologische modules beschouwd. De functionaliteit van deze technologische modules wordt in de vorm van uniforme COM-objecten, de componenten, gekapseld. Extern zijn deze componenten door middel van uniform gedefinieerde interfaces toegankelijk. Zij kunnen op die manier met elkaar gecombineerd en gebruikt worden. De verdeelde automatisering ondersteunt de modularisering van installaties en machines, en daarmee de herbruikbaarheid en integratie van reeds bestaande machinedelen. Daardoor worden de engineeringkosten enorm gereduceerd.

Aanvaarding
De aanvaarding van een nieuw automatiseringsconcept door de markt hangt onder andere af van het feit of bestaande installaties zonder al te grote aanpassingen geïntegreerd, uitgebreid en of vernieuwd kunnen worden. In het ideale geval betekent dit voor de gebruiker een transparante overgang van zijn bestaande delen naar de nieuwe. Niettegenstaande de grote conceptverschillen tussen Profibus en Profinet, is het toch gelukt de netwerkovergangstrategie in Profinet zo vast te leggen dat bestaande installatiedelen niet aangepast moeten worden.

Hoge engineeringkost
Totnogtoe werd bij de specificatie van communicatiesystemen voor de automatisering alleen de snelheid bekeken. De samenbreng in een verdeeld systeem was zo complex dat de opgave voor de inbedrijfname in vergelijking met de materiaal- en installatiekost hoog was. De engineering was hierdoor een enorme kostenfactor geworden. Deze stand van zaken maakte het noodzakelijk om in Profinet een nieuw concept ter verbetering van de engineering te definiëren, die installatieoverkoepelend en fabrikantonafhankelijk kon werken, en die de engineeringkost tot een minimum kon terug drijven.

Een voorbeeld
Nemen we nu bijvoorbeeld een modulair opgebouwde machine in de voedingsindustrie, namelijk een vulinstallatie voor drinkflessen.
De machine voor het afvullen van drinkflessen bestaat uit vier modules. Deze vier modules zorgen voor de noodzakelijke stappen van de toepassing, namelijk spoelen, vullen, sluiten en verpakken. Onderling communiceren de machines met verschillende communicatiesystemen, namelijk Profibus en Profinet.
Er werd aangenomen dat het Profibus-systeem (spoelen en vullen) verder gebruikt zou worden en dat de modules sluiten en verpakken vernieuwd zouden worden op basis van Profinet. De onafhankelijkheid van het communicatieverloop met de proxy-technologie maakte het mogelijk om het reeds voorhanden Profibus-systeem onveranderd te blijven gebruiken. Slechts de communicatierelatie tussen de componenten moest bij de engineering van de nieuwe machineconfiguratie terug ingesteld worden.
Natuurlijk moest de sturing die verantwoordelijk is voor het Profibus-systeem, met een ethernetmodule (hard- en software) en met proxy-functionaliteit (software) uitgebreid worden. De proxy-functie zorgt ervoor dat de Profinet-specifieke benadering als technologische module in de sturing gekapseld blijft. Naar het lagere niveau, richting Profibus, blijft alles lopen zoals voorheen. Een voordeel van het gebruik van Profinet is het feit dat bij de projectfase geen kennis over de communicatiefuncties nodig is. Daarnaast brengt de modularisering een verhoogde beschikbaarheid van de machine met zich mee, omdat bij het uitvallen van een module dit geen invloed heeft op de andere modules daar zij autonoom kunnen werken. Zo kunnen ze compleet bij de fabrikant gemonteerd en getest worden, waardoor er veel tijd en geld uitgespaard kan worden. Daarnaast kan standaardisatie op gebied van moduleopbouw en software ook nog het een en ander gerealiseerd worden.

Construction modulaire de machines
Profinet apporte la transparence

L’évolution continue de la technique d’automatisation vers des systèmes ouverts et distribués permettant une structure modulaire des installations et machines marque aujourd’hui une tendance importante. Profinet constitue la base de cette construction modulaire et permet de rencontrer cette tendance.

Les derniers développements répondent aux demandes, émises par l’utilisateur, d’ouverture, de transparence et de simplification de la gestion des processus et installations de production toujours plus complexes. Aujourd’hui, la ‘facilité d’utilisation’ figure en tête de la liste des desiderata.

Dans le monde actuel de la production, les systèmes d’automatisation distribuée font partie des conditions à remplir pour arriver à une construction modulaire et flexible des machines. En posant de telles exigences, l’utilisateur souhaite dégager des gains de temps et d’argent significatifs lors de la mise en service et de l’exploitation de son application. Profinet lui apporte une aide appréciable.

Composants
La hausse du degré d’exploitation des installations, l’accroissement de la pression de production et la pression sur les stocks minimaux ne laissent plus beaucoup de temps lors de l’installation d’une nouvelle machine ou partie d’usine. Les composants des machines sont de moins en moins montés et testés sur la ligne.
A l’avenir, la majeure partie de l’installation sera déjà assemblée et testée chez le constructeur de machines. Pour cela, la machine doit être divisée en composants autonomes. Un composant comprend alors une partie mécanique, une partie électronique et une partie logicielle aisément intégrables dans l’installation. La commande centrale traditionnelle est aujourd’hui de plus en plus remplacée ou assistée par des modules de terrain, des commandes ou composants décentralisés.

Profinet
Profinet comprend plusieurs aspects qui soutiennent l’utilisateur durant tout le cycle de vie de sa machine ou de son installation. Cela commence déjà lors de la phase de conception ou d’ingénierie. Ensuite, après la mise en service, il assure une flexibilité accrue et des systèmes d’automatisation faciles à entretenir dans des machines à structure modulaire. Ceci est renforcé en première instance par une ingénierie propriétaire, chapeautant toute l’installation.

Outre l’intégration de Profibus et d’Ethernet, il est en principe possible d’intégrer n’importe quel bus de terrain dans un système Profinet. Profibus et les autres bus de terrain sont intégrés via le concept de proxy. Un proxy (observateur) assure la connexion directe entre un segment Profibus et un segment Ethernet (Profinet) par exemple. La fonctionnalité d’un câble Profibus sous-jacent, automatisant éventuellement un module de machine, peut ainsi être mise à la disposition d’Ethernet. Tous les modules Profibus présents et futurs peuvent être intégrés de la sorte dans le système global, sans nécessiter aucune adaptation.

Profinet tire la puissance de ses prestations de son concept runtime orienté objet. Sur la base d’un modèle d’objet, les machines et installations sont considérées au sein de Profinet comme des modules technologiques. La fonctionnalité de ces modules technologiques est encapsulée sous la forme d’objets COM uniformes. Ces composants sont accessibles de l’extérieur au moyen d’interfaces définies uniformément. Ils peuvent ainsi être combinés et utilisés les uns avec les autres. L’automatisation distribuée soutient la modularité des installations et des machines et donc la réutilisation et l’intégration de composants de machines existants. Ces possibilités réduisent considérablement les frais d’ingénierie.

Acceptation
L’acceptation par le marché d’un nouveau concept d’automatisation dépend notamment de la possibilité d’intégrer, d’étendre et ou de rénover des installations existantes sans que cela ne nécessite de trop grandes adaptations. Dans le cas idéal, cela signifie pour l’utilisateur une transition transparente de ses composants existants vers de nouveaux. Nonobstant les grandes différences de concept entre Profibus et Profinet, la stratégie de transition de réseau a quand même pu être définie dans Profinet de façon à ne nécessiter aucune adaptation des parties de l’installation existantes.

Coût d’ingénierie élevé
Jusqu’à présent, seule la vitesse était analysée lors de la spécification de systèmes de communication destinés à l’automatisation. Le rassemblement dans un système distribué était si complexe que les frais de mise en service étaient beaucoup plus élevés que le coût du matériel et de l’installation. L’ingénierie était devenu un énorme facteur de coûts. Cette situation nécessitait la définition dans Profinet d’un nouveau concept pour améliorer l’ingénierie. Ce concept devait pouvoir chapeauter l’installation et ne plus être propriétaire. Il devait en outre réduire le coût d’ingénierie à son minimum.

Exemple
Prenons par exemple une machine modulaire destinée à l’industrie alimentaire, plus précisément une installation de remplissage de bouteilles.
Cette machine de remplissage de bouteilles comprend quatre modules qui se chargent des différentes phases de l’application, à savoir le rinçage, le remplissage, la fermeture et l’emballage. Les machines communiquent entre elles avec différents systèmes de communication, notamment Profibus et Profinet.
Supposons que le système Profibus (le rinçage et le remplissage) est encore utilisé alors que les modules de fermeture et d’emballage ont été rénovés sur la base de Profinet. Grâce à la technologie proxy, l’indépendance du circuit de communication, permet de garder inchangé le système Profibus. Seule la relation de communication entre les composants doit être reparamétrée lors de l’ingénierie de la nouvelle configuration de la machine.
La commande responsable du système Profibus doit naturellement être agrémentée d’un module Ethernet (matériel et logiciel) et d’une fonctionnalité de proxy (logiciel). La fonction de proxy s’assure que l’approche spécifique Profinet reste bien encapsulée dans la commande sous la forme d’un module technologique. Au niveau inférieur, côté Profibus, tout reste inchangé. L’utilisation de Profinet a l’avantage de ne réclamer aucune connaissance en matière de fonctions de communication durant la phase de conception. La modularité induit en outre une disponibilité accrue de la machine car la panne d’un module n’influence pas les autres modules qui peuvent travailler en toute autonomie. Leur montage et test complets chez le fabricant représentent un gain de temps et d’argent considérable. La standardisation quant à la construction de module et le logiciel ouvre, elle aussi, de nouvelles perspectives.