Mehr Ordnung im System durch Adressen und Namen

Die Informationstechnik, Industrielle Kommunikation und Automationstechnik fokussiert sich in ihrer Arbeit auf die Realisierung von Datenübertragungen innerhalb eines Netzwerks und dessen Teilnehmern, sodass Prozesse automatisiert werden können und sich Systeme bei Fehlermeldungen selbst behilflich sind. Da es gerade bei komplexen Anlagen eine unterschiedlich große Menge an zu versendenden Daten, Nachrichten und Botschaften gibt, bedarf es einiger sicherheitstechnischer Richtlinien, damit dieser Vorgang ohne Störungen ablaufen kann. Gerade wenn eine Topologie aus vielen Teilnehmern besteht und dementsprechend mehrere Übertragungswege hat, kann es dazu kommen, dass eine Datei nicht ihr vorgesehenes Ziel erreicht, verloren geht oder falsch übermittelt wird. Um dies zu verhindern, muss jeder Netzwerkteilnehmer klar zu identifizieren sein, was beispielsweise bei den PROFINET gestützten Systemen durch Namen und Adressen erfolgt.

Die Notwendigkeit von Namen und Adressen

Damit ein PROFINET IO-System richtig funktionieren kann, müssen die einzelnen Teilnehmer des Netzwerks identifiziert werden, was hier durch das Zuweisen von unterschiedlichen Namen und Adressen geschieht. So muss jedes Gerät einen Namen zugeordnet bekommen, der eindeutig ist und durch welchen die anderen Teilnehmer das Gerät klar bestimmen können. Zudem lässt sich neben dem Gerätenamen auch noch ein Systemname anhängen, wodurch die Duplizierung von Maschinen vereinfacht werden soll.

Die Zuweisung solcher Namen erfolgt dann als MAC-Adresse während der Inbetriebnahme oder wenn es zum Austausch von Geräten kommt. Damit die Zuordnung als korrekt durchgeführt gilt, muss seitens des Geräts eine spannungssichere Speicherung des Namens vorgenommen werden, sodass bei einem Verlust der Spannungsversorgung der zugewiesene Name dennoch bestehen bleibt. Hinzu kommt bei PROFINET noch die Notwendigkeit einer IP Netzwerkadresse, wofür es erforderlich ist, dass sich alle Geräte des entsprechenden Systems in dem gleichen Subnetzwerk befinden und ohne einen zwischengeschalteten Router füreinander erreichbar sind.

Der Ablauf der Namenszuordnung

Die Zuweisung von Namen innerhalb eines PROFINET IO-Systems kann über unterschiedliche Herangehensweisen erfolgen, sodass der IO-Device seine Identifikation durch verschiedene Methoden erhalten kann:

  • Der Name wird mittels eines IO-Supervisors eingeschrieben, was sich als die Vorzugslösung etabliert hat: Dieser Zuweisung erfolgt unter Einsatz des DCP-Protokolls, wobei bei jedem Gerätetausch der Vorgang am entsprechenden Ersatzgerät wiederholt werden muss, damit dieses aus Sicht der anderen Netzwerkteilnehmer die gleiche Position wie das Vorgängermodell erhält. Die Verwendung des DCP-Protokolls ermöglicht eine Verwendung jeglichen Werkzeugs.
  • Der Name wird direkt am IO-Device eingegeben: Bei intelligenten Feldgeräte existiert in der Regel eine Schaltfläche, über welche der Name eingestellt werden kann. Bei dieser Methode gilt es jedoch zu beachten, dass nur eindeutige Namen oder eben Nummern eingegeben werden. Kommt es zu einem Austausch von Geräten muss für das Ersatzgerät der bereits vorhandene Name wiederverwendet werden.
  • Der Name wird vom IO-Controller anhand der vorliegenden Topologie zugewiesen: Wird ein System geplant, so kommt es zur Festlegung einer Netzwerkstruktur, die auch dem IO-Controller hinreichend bekannt ist. Wird ein System nun initialisiert, so kann der Controller die Positionen von Geräten anhand der Topologie erkennen und die Zuweisung des Namens erfolgt automatisch. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine korrekt aufgebaute Netzwerkstruktur. Auch bei dieser Herangehensweise erhält ein Ersatzgerät denselben Namen wie das ausgetauschte Gerät.
  • Der Default-Name des IO-Devices wird verwendet: Dies gilt als die empfehlenswerteste Methode, da jedem IO-Device ohnehin ein Namen zugewiesen werden muss, sodass innerhalb der Norm die Verwendung der eindeutigen MAC-Adresse als Default-Name vorgeschlagen wird. Hierdurch wird sichergestellt, auch zwei Geräte niemals den gleichen Namen haben, auch wenn es im Voraus keine direkte Einstellung der Namen gab.

Die Bestimmung von Adressen

Damit es bei einem PROFINET IO-System zu einem Ausbau der Anwendungsbeziehungen kommen kann, müssen die vorhandenen Geräte mittels einer IP Netzwerkadresse verfügbar sein. Um diese zu verwalten, können drei unterschiedliche Vorgänge gewählt werden:

  • Konfiguration beim Engineering
    diese Herangehensweise wird durch die Hersteller empfohlen, da sie nur funktioniert, wenn sie auch durch alle Geräte unterstützt wird. Bei der Projektierung des Systems wird den entsprechenden Werkezeugen ein begrenzter Bereich von verfügbaren Netzwerkadressen bereitgestellt. Die IP Netzwerkadresse für den Controller und das Device kann dann durch eines der Tools erfolgen. Zudem erhält der IO-Controller bei der Konfiguration des Systems auch eine Liste der IP Adressen, sodass er diese bei der Initialisierung von Anwendungsbeziehungen den jeweiligen IO-Devices zuteilen kann.
  • Verwaltung mittels des DHCP Servers
    diese Methode steht optional zur Verfügung, da es bei der Integration von PROFINET IO in ein verwaltetes Netzwerk gelegentlich dazu kommen kann, das sich ein privates Netzwerk nicht eröffnen lässt oder kein klarer Abschnitt im Netzwerk zugeteilt wird. Hierfür gibt es die Möglichkeit DHCP zu unterstützen, da hierbei die IO-Devices die Netzwerkadressen selbstständig anfordern. Kommt es dann zum Aufbau einer Anwendungsbeziehung, spricht der Controller das Device über den zugeordneten Namen an und erhält als Rücksendung die zugeteilte IP Adresse.
  • Eine feste Einstellung
    von dieser Form der Verwaltung wird abgeraten, da der Gerätetausch hierdurch umständlicher wird. Zwar lassen sich die Netzwerkadressen durch ein DCP-Protokoll oder eine lokale Schnittstelle manuell verwalten und können demnach auch durch den Anlagenplaner manuell zugeordnet werden, doch bei dem Wechseln von Geräten müssen diese Identifikationen immer wieder von Neuem eingegeben werden