Industrial Ethernet PROFINET

Arbeitsgruppe AUT

PROFINET Zertifizierung

PROFINET stellt einen der führenden Industrial-Ethernet Standards dar; er findet weltweit Verbreitung und hat sich in vielen Industriezweigen als Marktführer etabliert. Die Arbeitsgruppe AUT der OTH Amberg-Weiden und das aia – automations institut amberg entwickeln und pflegen in enger Zusammenarbeit mit großen Herstellern und Anwendern den Automated RT-Tester – ein Testsystem, das weltweit für die Zertifizierung von PROFINET-Devices zum Einsatz kommt, um die Einhaltung höchster Qualitätsanforderungen zu garantieren.

Die PI (PROFINET & PROFIBUS International) unterhält ein weltweites Netz von akkreditierten Testlaboren, in denen Hersteller von PROFINET-Komponenten das Verhalten ihrer Produkte in genau definierten Aufbauten unter Verwendung des Automated RT-Testers prüfen und zertifizieren lassen können. Zum aktuellen Zeitpunkt deckt die Testsoftware bereits mehr als 80% der PROFINET-Basisspezifikation ab.

Besonders interessant präsentiert sich aktuell die Erweiterung des Testscopes: Wurden bislang ausschließlich PROFINET Devices mit dem Automated RT-Tester zertifiziert, werden künftig auch eigene Testfälle für Controller existieren. Das Provider-Consumer-Modell von PROFINET und die damit einhergehende Aufteilung in aktive und passive Komponenten stellt dabei besondere Anforderungen an die Testsoftware. Die Arbeitsgruppe AUT ist auch in diesem Bereich maßgeblich an der Entwicklung von Teststandards und -software beteiligt.

PROFINET Automated RT-Tester

Um die ständig wachsenden Anforderungen der Industrie erfüllen zu können, ist der offene PROFINET-Standard ständig Gegenstand von Bestrebungen zur Erweiterung und Weiterentwicklung. Die hohe Verbreitung von PROFINET macht den Standard dabei nicht nur für die verschiedenen Industrieanwender, sondern auch für eine Vielzahl von Geräteherstellern interessant. Vor dem Hintergrund der so entstehenden Gerätevielfalt wurden früh verschiedene Mechanismen zur Qualitätssicherung etabliert, einer davon ist der Zertifizierungsprozess für PROFINET-Geräte.

Zur Gewährleistung der Interoperabilität von Geräten verschiedener Hersteller wurde von der PI (PROFIBUS & PROFINET International) ein umfangreiches Zertifizierungsprogramm initiiert. Jedes PROFINET-Gerät muss von einem akkreditierten Testlabor erfolgreich geprüft werden, bevor der Hersteller das entsprechende Zertifikat bei der PI erwerben kann. Ein solcher Prüfvorgang besteht aus einer Abfolge genau definierter Testfälle, in denen verschiedenen Funktionen des Geräts untersucht werden. Ein offizielles PROFINET-Zertifikat garantiert damit eine absolute Kompatibilität zu anderen PROFINET-Produkten.
Die Testfälle werden mithilfe einer speziellen Software, dem Automated RT-Tester, durchgeführt. Sie wird an der OTH Amberg-Weiden am Standort Amberg von der Arbeitsgruppe AUT mit Unterstützung des aia – automations institut amberg für die PNO entwickelt.

PROFINET Device-Zertifizierung:

Seit dem Jahr 2014 arbeitet die Arbeitsgruppe AUT an der Implementierung des Automated RT-Testers für die Zertifizierung von PROFINET Devices. Die Funktionalität der Testsoftware wurde Schritt für Schritt erweitert und deckt mittlerweile rund 80% der PROFINET Basisspezifikation ab. Der Großteil der formals manuell in den Testlaboren durchgeführten Testfälle wurde mittlerweile automatisiert und in die Testsoftware integriert. Neben dem Einsatz in der Zertifizierung wird der Automated RT-Tester auch von verschiedenen Mitgliederfirmen der PNO in der Stack-Entwicklung und in der hausinternen Qualitätssicherung eingesetzt. Aktuell arbeitet das Team der Arbeitsgruppe AUT an der Erweiterung des Testers, um künfitig auch Protokolle und Features im Bereich TSN (Time Sensitive Networking) zertifizieren zu können.

PROFINET Controller-Zertifizierung:

Nach dem erfolgreichen Aufbau des Zertifizierungssystems im Teilprojekt Device-Zertifizierung, wurde der Auftrag im Jahr 2018 auch auf die Zertifizierung von PROFINET Controllern ausgeweitet. Eine besondere Herausforderung stellte hier das PROFINET zugrundeliegende Provider-Consumer-Modell aus Devices und Controllern dar. Wo der Automated RT-Tester für die Zertifizierung der Devices noch die aktive Controller-Rolle einnehmen konnte, wurde seine Basis nun so erweitert, dass er als simuliertes Device aus einer eigentlich passiven Position Testschritte initiieren und auswerten konnte. Zum aktuellen Zeitpunkt wurden bereits 80% der vormals nicht automatisierten Controller-Testfälle implementiert – das System wird kontinuierlich um weitere Testfälle erweitert.

Testbed

Bei der Entwicklung der Zertifizierungstest wird eng mit über 15 namhaften Herstellern von industrieller Kommunikationstechnik zusammengearbeitet. Dabei stellen Firmen ihre Geräte, welche zum Teil Entwicklungsmuster sind, zur Verfügung, die dann im Rahmen der regelmäßigen System- und Regressionstests zur Qualitätssicherung eingesetzt werden. Für diese Tests wurde ein Testbed mit über 50 verschiedenen PROFINET-Geräten und zahlreichen SPSen aufgebaut. Es sind aktuell zehn Test-Setups und zehn DUT-Stände vorhanden, die kontinuierlich auf den neusten Hard- und Firmewarestand gebracht werden. Jeweils 32 unterschiedliche Devices von 15 verschiedenen Herstellern werden regelmäßig als Entwicklungsgegenstand verwendet. Für die Controller-Tests werden Geräte von Bosch-Rexroth, Phoenix Contact und Siemens mit den Engineering-Tools Indra-Works, PLCNext und TIA Portal in der jeweils aktuellsten Version verwendet.

PROFINET @TSN

Mit der fortschreitenden Realisierung von Industrie-4.0-Szenarien ändern sich auch die Anforderungen an die Netzwerke in Fabriken und Produktionsstätten. Die zunehmende Digitalisierung der industriellen Prozesse und das branchenbedingte Bedürfnis nach Investitions- und Zukunftssicherheit verlangt dabei nach Kommunikationsprotokollen, die von allen gängigen Hard- und Softwareherstellern unterstützt werden. Gleichzeitig gewinnen technische Anforderungen wie Ausfallsicherheit, Echtzeitfähigkeit oder Taktsynchronität weiter an Bedeutung. Industrieprotokolle wie PROFINET reagieren auf diese Entwicklung unter anderem mit Adaptionen ihres Protokollstacks. Wo auf Layer 2 bislang proprietäre Lösungen wie IRT (Isochronous Real-Time) zum Einsatz kamen, wird künftig auch auf TSN zurückgegriffen werden können.

TSN (Time Sensitive Networking) bezeichnet eine Sammlung verschiedener Kommunikationsstandards auf dem Link Layer, die nun durch die IEEE standardisiert und von einer Vielzahl von Herstellern mitgetragen wird. Damit besteht berechtigter Grund zu der Annahme, dass sich TSN in den kommenden Jahren stark verbreiten und proprietäre Lösungen nach und nach verdrängen wird.

Für den Automated RT-Tester bedeutet diese neue Strategie eine Reihe an tiefgreifenden Änderungen: Neue Testfälle müssen spezifiziert und implementiert werden, um die korrekte Umsetzung verschiedener TSN-Features im Zertifikationsprozess sicherstellen zu können. Die gestiegenen Anforderungen gerade im Bereich der taktsynchronen Kommunikation bedeuten auf lange Sicht zwangsläufig die Abkehr von den bis dato etablierten Standard-Testsetups. In enger Zusammenarbeit mit der Firma Siemens wurde daher ein neues Testsetup entworfen, das es zulässt, zeitkritische Prozesse auf eine externe Hardwarekomponente auszulagern.

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