PROFINET vs. EtherNet/IP: Gemeinsamkeiten und Unterschiede

PROFINET und EtherNet/IP sind derzeit die beliebtesten Industrial-Ethernet-Protokolle in automatisierten Industrieumgebungen. Warum also das eine Protokoll dem anderen vorziehen? Schließlich bieten beide Echtzeitkommunikation, verwenden dieselbe Ethernet-Technologie und können sogar auf demselben physikalischen Netzwerk betrieben werden.

Wir vergleichen diese beiden Plattformen, um zu sehen, wie unterschiedlich sie wirklich sind. Beginnen wir mit einer kurzen Einführung in die beiden Plattformen und gehen dann auf ihre Gemeinsamkeiten und Unterschiede ein.

Was ist PROFINET?

Wie PROFIBUS, die klassische Feldbuslösung, die 1989 eingeführt wurde, wurde PROFINET von einem Team aus großen Automatisierungsunternehmen und mehreren deutschen Instituten entwickelt und wird von der Gruppe PROFIBUS & PROFINET International (PI) verwaltet.

PROFINET ist eine Anwendung, die auf der Schicht 7 (Anwendungsschicht) des OSI-Modells angesiedelt ist und Daten über mehrere Kommunikationskanäle überträgt. Für nicht zeitkritische Aufgaben wie Konfiguration und Parametrierung kann es TCP/IP- oder UDP/IP-Kommunikation verwenden. Für zeitkritische Aufgaben wie RT, IRT oder TSN wird dies jedoch übersprungen und stattdessen direkt über die Ethernet-Schicht kommuniziert.

PROFINET, das Anfang der 2000er Jahre als offener Standard eingeführt wurde, ist ein Vollduplex-System und arbeitet mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten. Es sendet E/A-Daten zwischen Steuerungen und Geräten in Standard-Ethernet-Frames, deren Reihenfolge durch ein virtuelles lokales Netzwerk (VLAN) priorisiert wird. Da diese Rahmen wenig Overhead haben, ist die Abweichung der Zykluszeit, der Jitter, gering.

Die Identifizierung erfolgt hauptsächlich über Gerätenamen, die sich aus Buchstaben und Zahlen zusammensetzen, und IP-Adressen werden automatisch zugewiesen.

Was ist EtherNet/IP?

EtherNet/IP wurde von ControlNet International (CI) und der Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) entwickelt. EtherNet/IP wurde in den frühen 2000er Jahren eingeführt und wird heute von der ODVA verwaltet. Es basiert auf dem Common Industrial Protocol (CIP).

Wie PROFINET ist auch EtherNet/IP auf der Anwendungsschicht angesiedelt und wird durch definierte Standards und umfangreiche Communities unterstützt. Im Gegensatz zu PROFINET werden die Daten über die TCP/IP- und/oder UDP/IP-Schichten in das Netzwerk übertragen. Diese Datenpakete werden gepackt und entpackt und Header und Informationen werden hinzugefügt und gelöscht, während sie die Schichten durchlaufen.

EtherNet/IP überträgt zwei Arten von Nachrichten: “Implizite” Nachrichten zum Senden von E/A-Daten und “explizite” Nachrichten zur Konfiguration und Diagnose. Implizite Nachrichten werden von voreingestellten Speicherplätzen über einen UDP-Port in vordefinierten Intervallen an eine Steuerung gesendet. Explizite Nachrichten werden als Antwort auf eine bestimmte Datenanforderung über einen TCP-Port an einen Client gesendet.

Die Identifizierung von EtherNet/IP-Geräten erfolgt über IP-Adressen.

Die Gemeinsamkeiten zwischen PROFINET und EtherNet/IP

Sowohl PROFINET als auch EtherNet/IP bieten Echtzeitkommunikation und verwenden beide die gleiche Ethernet-Technologie. Sie können sogar auf demselben physikalischen Netzwerk arbeiten. Es gibt noch einige weitere Gemeinsamkeiten:

• Die Zykluszeiten können für jedes Gerät individuell eingestellt werden.
• Mit Hilfe von Switches lassen sich verschiedene Arten von Topologien erstellen.
• Ringtopologien für Redundanz werden unterstützt.
• Die typische Zykluszeit beträgt 10ms.
• Die typische Baudrate beträgt 100Mbit bei CAT5, 4-Draht-Verkabelung und RJ45-Anschlüssen.
• Sie können neben anderen Ethernet-Geräten im selben Netzwerk arbeiten.
• Die maximale Anzahl von Knoten hängt vom Subnetz der IP-Adressierung ab.

Die Ähnlichkeiten sind zahlreich, denn wie PROFIBUS & PROFINET International (PI) sagt, handelt es sich um “sich ergänzende Technologien, nicht um konkurrierende Technologien”.

Die Unterschiede zwischen PROFINET und EtherNet/IP

Beide Protokolle werden für die Hochgeschwindigkeits-, Echtzeit- und deterministische Kommunikation in vielen Arten von automatisierten Umgebungen eingesetzt, z. B. in verfahrenstechnischen Produktionsanlagen, Vertriebszentren und Flughäfen. Es gibt jedoch wesentliche Unterschiede:

• Akzeptanz in der Industrie: PROFINET ist in Europa am weitesten verbreitet, während EtherNet/IP eher in den USA bevorzugt wird. In Asien gibt es keinen signifikanten Unterschied in der Beliebtheit.

• Genauigkeit: EtherNet/IP nutzt UDP/IP für den Datenaustausch, während PROFINET seine Daten direkt in einen Ethernet-Rahmen sendet, wodurch unterschiedliche und schwankende Übertragungsverzögerungszeiten vermieden werden. Aus diesem Grund hat PROFINET eine präzisere Zykluszeit.

• Komponenten: Wie andere Technologien, die mit der ODVA verbunden sind, verwendet Ethernet/IP CIP, um IO-Daten für die Netzwerkkommunikation zu verwalten. Das heißt, es kann Standard-Hardware verwendet werden. PROFINET hingegen kann Komponenten erfordern, die vom Hersteller der Steuerung spezifiziert werden.

Ist das eine besser als das andere? Nicht wirklich. Ihre Wahl wird wahrscheinlich ebenso sehr von geografischen Gegebenheiten und vorhandenen Systemen bestimmt, wie von Kosten und Geschwindigkeit. Zumindest wissen Sie jetzt, was sie voneinander unterscheidet.

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