Was ist der Unterschied zwischen PROFIBUS und PROFINET? Diese Frage wird uns oft gestellt. In diesem Artikel werden wir einen Vergleich zwischen PROFIBUS und PROFINET durchführen.
In Kürze: PROFIBUS ist ein klassisches seriell aufgebautes Feldbus-System, während PROFINET ein industrieller Ethernet-Standard ist. Beide sind IEC-Standards, die von der gleichen Organisation entwickelt wurden: PROFIBUS and PROFINET International. Da sie denselben Ursprung haben, weisen PROFIBUS und PROFINET bestimmte Ähnlichkeiten auf, sind aber im Allgemeinen sehr unterschiedlich.
Alles begann mit PROFIBUS, das 1989 eingeführt wurde und in den 90er Jahren schnell wuchs. Dann entwickelte PI PROFINET, als sich die Branche von Feldbussen hin zu Industrial Ethernet wandelte. PROFINET wurde zu Beginn der 2000er Jahre verfügbar und hat seitdem rapide an Bedeutung gewonnen.
Grundlegende Unterschiede zwischen PROFIBUS und PROFINET
PROFIBUS-Netzwerke sind in der Regel durch lila Einzel-Paar RS-485-Kabel gekennzeichnet. Diese Kabel verwenden standardmäßig DB9- oder M12-Stecker. PROFINET-Netzwerke hingegen verwenden in der Regel grüne industriell geschützte Ethernet-Kabel. Bei PROFINET sind RJ45-Stecker die gebräuchlichste Art von Steckern, aber in Umgebungen mit hoher Exposition werden auch M12-Stecker und BFOCs für die Glasfaseranwendung eingesetzt.
Übersicht: PROFIBUS- und PROFINET-Netzwerke
PROFIBUS-Netzwerke
PROFIBUS basiert auf RS-485, einer gängigen seriellen Kommunikationsmethode. Bei einem PROFIBUS-Netzwerk gibt es PROFIBUS-Master und PROFIBUS-Geräte. Der Master kann zum Beispiel ein PLC, PAC oder DCS sein. Die Geräte können eine Vielzahl von Geräten umfassen: Antriebe, Motoren, IOs, Sensoren, Feldgeräte, Roboter, Aktoren und vieles mehr.
PROFIBUS hat zwei Varianten: PROFIBUS Decentralized Peripherals (DP) und PROFIBUS Process Automation (PA). Das grundlegende Prinzip von PROFIBUS besteht darin, mehrere Eingangs- und Ausgangssignale aus dem Feld in ein lokales IO-Gerät zu erfassen und die Daten dann über nur ein Kabel an den Master zu übertragen. Diese Vorgehensweise spart Kosten, indem zusätzliche Hardware und Verkabelung eingespart werden. Außerdem spart es Engineering-Zeit, da die Netzwerkinstallation, Wartung und Fehlerbehebung optimiert wird. Der folgende Graph veranschaulicht das PROFIBUS-DP-Konzept und enthält auch einen PROFIBUS-PA-Bereich für explosionsgefährdete Umgebungen.
PROFIBUS PA ist das gleiche PROFIBUS-DP-Protokoll, basiert jedoch auf einer anderen physikalischen Schicht: Manchester Bus Powered (MBP). PROFIBUS PA ist für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen mit intrinsischer Sicherheit zugelassen.
Bei der Installation eines PROFIBUS-Netzwerks verbinden Benutzer jedes Gerät in einer Prozesskette miteinander, was als Daisy-Chaining bezeichnet wird und zu einer Linientopologie führt. Es können auch Stern- oder Baumtopologien für komplexere Konfigurationen eingesetzt werden, dies ist jedoch weniger häufig. PROFIBUS-Nachrichten können drahtlos übertragen werden, erfordern jedoch proprietäre Radios vom gleichen Hersteller an beiden Enden.
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PROFINET-Netzwerke
PROFINET basiert auf dem Standard-Ethernet, dem Ethernet, das Sie möglicherweise bereits zu Hause oder im Büro verwendet haben. Standard-Ethernet-Kabel sind für PROFINET-Netzwerke geeignet. Die meisten Benutzer verwenden jedoch PROFINET-Kabel, die Ethernet-Kabel sind, die jedoch robuster sind und den rauen Umgebungsbedingungen in einer Fabrik standhalten können. Wie bei PROFIBUS gibt es in einem PROFINET-Netzwerk PLCs, PACs und DCSs sowie Sensoren, Aktuatoren, Roboter, RFID-Lesegeräte und andere IOs. Bei PROFINET werden diese jedoch als Controller und Geräte bezeichnet.
Ähnlich wie bei PROFIBUS können PROFINET-Benutzer durch den Einsatz von verteilten IO-Mechanismen Verkabelungs- und Installationskosten sparen. PROFINET-Benutzer haben mehr Flexibilität bei der Gestaltung eines Netzwerks. Es gibt verschiedene Topologieoptionen: Linie, Stern, Baum und Ring. Da PROFINET-Netzwerke auf Ethernet basieren, sind keine speziellen Switches erforderlich. Sie können kostengünstig Standard-Ethernet-Switches verwenden, um flexible Topologieoptionen umzusetzen. Die einzige Anforderung an Switches ist 100 Mbps im Full-Duplex-Modus. Es ist auch möglich, drahtlose Konfigurationen mit PROFINET zu implementieren. PROFINET unterstützt WLAN und Bluetooth als Teil seiner Spezifikation. Dadurch werden drahtlose Verbindungen ohne Einschränkungen ermöglicht, sogar mit Sicherheitsmeldungen (PROFIsafe).
Technischer Vergleich: PROFIBUS vs. PROFINET
PROFIBUS-Netzwerke (basierend auf RS-485) können Übertragungsraten von bis zu 12 Mbit/s erreichen, wobei die meisten bei 1,5 Mbit/s laufen. Die Telegrammgröße kann bis zu 244 Bytes betragen, und der Adressraum ist auf 126 Geräte pro Netzwerk begrenzt. PROFINET-Netzwerke erreichen Übertragungsraten von 100 Mbit/s oder sogar 1 Gbit/s und mehr. Die Telegrammgröße kann bis zu 1440 Bytes betragen, und es gibt keine Begrenzungen des Adressraums. Obwohl die Spezifikation den Adressraum nicht begrenzt, haben einzelne Controller Beschränkungen basierend auf ihrem Prozessor und Speicher.
Der Übergang von RS-485 zu Ethernet ist ein Schritt zu modernerer Technologie. Da PROFINET Standard-Ethernet verwendet, ist es zukunftssicher. Wenn sich das kommerzielle Ethernet weiterentwickelt, nutzt PROFINET diese Fortschritte. Als PROFINET eingeführt wurde, war Ethernet mit 100 Mbit/s Standard. Jetzt kann PROFINET genauso problemlos auf aktuellen Gigabit Ethernet-Netzwerken (und schnelleren) betrieben werden. Der Wechsel zu Ethernet ermöglicht höhere Bandbreite, größere Telegrammgrößen und unbegrenzten Adressraum.
Datenaustauschmechanismus
Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen PROFIBUS und PROFINET liegt im Datenaustauschmechanismus. PROFIBUS verwendet eine Master-Geräte-Interaktion, während PROFINET ein Consumer-Provider-Modell verwendet.
Bei der Master-Geräte-Interaktion hat der Master eine unidirektionale Kontrolle über alle Geräte und Prozesse. Der Controller ist immer der Master, und die IO-Geräte sind immer Geräte. Das Consumer-Provider-Modell ist flexibler. In PROFINET-Netzwerken können Controller und IO-Geräte sowohl die Rolle des Verbrauchers als auch des Anbieters übernehmen und die Vollduplex-Eigenschaften von Ethernet nutzen. Der Controller stellt Ausgangsdaten für die konfigurierten IO-Geräte bereit und verbraucht Eingangsdaten von den IO-Geräten. Das IO-Gerät stellt Eingangsdaten bereit und verbraucht Ausgangsdaten.
Gateways und Proxies
Einzelne Unternehmen haben Gateways entwickelt, um Übersetzungen von anderen Netzwerken in PROFIBUS vorzunehmen. PROFINET geht noch einen Schritt weiter und definiert in seiner eigenen Spezifikation Proxies. Proxies sind wie Gateways, da sie ein Netzwerk in ein anderes übersetzen, aber im Gegensatz zu Gateways sind sie in einem offenen Standard definiert. PROFINET bietet Proxies für PROFIBUS DP, PROFIBUS PA, AS-i, IO-Link, DeviceNet, Foundation Fieldbus, CANopen, Modbus, HART und mehr an. Zum Beispiel ermöglichen IO-Link- und AS-i-Proxies die Kommunikation mit intelligenten Geräten ohne Ethernet-Port.
Zusammenfassung des Vergleichs
Die folgende Tabelle fasst die meisten technischen Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen PROFIBUS und PROFINET zusammen:
| PROFIBUS | PROFINET |
|---|---|
| Organisation | PI |
| Anwendungsprofile | Gleich |
| Konzepte | Engineering, GSDs |
| Physikalische Schicht | RS-485 |
| Übertragungsgeschwindigkeit | 12 Mbit/s, 1,5 Mbit/s |
| Telegrammgröße | 244 Bytes |
| Adressraum | 126 Geräte |
| Technologie | Master/Gerät |
| Verbindung | PROFIBUS DP + andere Busse |
| Drahtlos | Möglich, mit proprietären Radios |
| Motion | 32 Achsen |
| Machine-to-Machine | Nein |
| Vertikale Integration | Nein |
Präsenz in der Industrie
Es gibt viele signifikante Unterschiede zwischen PROFIBUS und PROFINET. Dennoch sind PROFIBUS und PROFINET beide bewährte Industriestandards. Sie sind beide geeignet, komplexe Automatisierungsanforderungen in diskreten, Prozess-, Hybrid- und Motion-Control-Anwendungen zu erfüllen.
Tausende von Geräteherstellern entwickeln und produzieren Produkte mit PROFIBUS- oder PROFINET-Schnittstelle. Im Jahr 2019 waren weltweit über 32 Millionen PROFINET-Knoten und 60 Millionen PROFIBUS-Knoten installiert. Es ist sinnvoll, dass PROFIBUS weiter verbreitet ist. PROFINET ist die jüngere Technologie, und als sie eingeführt wurde, gab es bereits zig Millionen installierte PROFIBUS-Geräte. Zwischen den beiden ist PROFINET aus technischer und investitionsschutztechnischer Sicht der klare Gewinner. Heute wächst die Verbreitung von PROFINET exponentiell, und in einigen Jahren wird PROFINET PROFIBUS in der Verbreitung übertreffen. Aber selbst dann wird PROFIBUS weiterhin eine führende Rolle in der Branche spielen und die führende serielle Feldbus-Technologie historisch bleiben.
Welche sollten Sie implementieren?
Wann sollten Sie eines gegen das andere einsetzen? Für Brownfield-Projekte verwenden Sie PROFIBUS. Für Greenfield-Projekte verwenden Sie PROFINET. An einem Standort, der bereits PROFIBUS hat, können weiterhin PROFIBUS-Knoten hinzugefügt werden. Wenn jedoch Ethernet-Funktionalität hinzugefügt werden muss, kann es sich lohnen, eine kleine PROFINET-Projektmenge hinzuzufügen. Bei einer Greenfield-Gelegenheit beginnen Sie mit PROFINET – es ist die Zukunft!
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