Nederlandse flowmeters met PROFINET

Bronkhorst flowmeter

Niet alleen Duitsland produceert PROFINET devices! Het Nederlandse bedrijf Bronkhorst High-Tech heeft een nieuwe flowmeter op de markt gebracht en de gehele PROFINET-implementatie (hardware en software) uitgevoerd met Nederlandse partners. Het implementeren van netwerkprotocollen vereist echter expertise die veelal niet in huis aanwezig is. Met ondersteuning van MikroKey, het PICC (PI Competence Center) en Phoenix Contact hoefde het wiel niet opnieuw te worden uitgevonden.

De firma Bronkhorst High-Tech uit Ruurlo levert al 35 jaar flowmeters voor gassen en vloeistoffen, en is hiermee marktleider in Europa. Speciaal aan deze flowmeters is dat ze gemaakt zijn voor kleine debieten, zoals (o.a.) gewenst bij de dosering van geur- en kleurstoffen, productie van halfgeleiders en zonnecellen, en bij farmaceutische toepassingen. Optioneel kan een flowmeter nog worden voorzien van een regelventiel, zodat ook doseringen tot bepaalde (programmeerbare) volumes mogelijk zijn, of om flow/druk te regelen.

Alle producten worden door Bronkhorst in eigen huis ontwikkeld met een R&D afdeling van ca. 30 personen. PROFInieuws sprak met Sander Wiggers, die de PROFINET-interface heeft gemaakt voor de flowmeters, en met Bert van der Linden van het PICC die Bronkhorst hierbij ondersteund heeft.

PROFINET

De reden om te beginnen met een PROFINET implementatie was eenvoudig: marktvraag. Machinebouwers en systeemintegratoren gebruiken de nieuwe flowmeters veel in machines en productlijnen. In deze markt is PROFINET sterk vertegenwoordigd. Daarnaast levert Bronkhorst ook andere industriële netwerken en een eigen protocol genaamd “FLOW-BUS”. Intern heeft een flowmeter een basis-printplaat waarop de CPU zit en alle besturingselektronica; een koppeling naar buiten wordt gedaan via een (optionele) extra “busprint”. De hiervoor beschikbare ruimte is maar enkele cm^2. Door de busprint te wisselen kunnen eenvoudig verschillende netwerkprotocollen ondersteund worden.

PROFINET flow meterBronkhorst had oorspronkelijk geen PROFINET expertise in huis. Partner MicroKey heeft de elektronica en de bijbehorende firmware ontwikkeld. Het PICC van ATS heeft ondersteund met testen en debuggen; bovendien was via het PICC ook eenvoudig toegang mogelijk tot veel expertise in Duitsland met betrekking tot beschikbare PROFINET controllers (elektronica), de bijbehorende software, het koppelen aan de eigen elektronica, en het certificeren hiervan. Er is gekozen om gebruik te maken van de door Phoenix Contact ontwikkelde “TPS1” controller, die het complete PROFINET protocol zelfstandig kan uitvoeren. Er is dan geen PROFINET-software nodig op de eigen CPU.

Uiteraard moet de eigen CPU wel de TPS1 aansturen. De configuratieparameters, status- en foutmeldingen, afhandeling van setpoints etc. volgens de PROFINET-manier moeten vertaald worden naar de interne manier van werking. PROFINET biedt hiervoor een opdeling in een generiek apparaatmodel, met ‘slots’ met ‘subslots’. Een slot komt dan overeen met één flowmeter, en een subslot met een parameter van het instrument, waarvan er een zestigtal zijn. Dit wordt dan ook geconfigureerd in het “GSDML” bestand, het configuratiebestand voor elk PROFINET-apparaat dat ingelezen wordt in een PLC. Deze weet dan ook welke parameters waar te vinden zijn. GSDML is de opvolger van de bekende “GSD” configuratiebestanden zoals we die kennen van Profibus/DP en /PA.

Certificering

PROFINET apparatuur moet verplicht gecertificeerd worden. Een door PI International geaccrediteerd testlaboratorium test dan of deze voldoet aan de specificatie van PROFINET. Dit is zowel voor de leverancier én voor de gebruiker een belangrijk keurmerk. Aan de leverancier geeft het zekerheid over de kwaliteit van de eigen hardware en software; een klant heeft zekerheid dat alles goed getest is en de kans op run-time problemen klein. Uiteraard zijn fouten in een implementatie wel op te lossen door uitgifte van nieuwe software, maar dat is in veel omgevingen niet zomaar toegestaan (bijvoorbeeld in farmaceutische toepassingen). Voorkomen is wat dat betreft véél beter dan genezen, en de klant wordt niet met extra werk opgezadeld.

Wiggers: “De tests zelf zijn uitgevoerd bij Phoenix Contact’s testlaboratorium in Duitsland. Er bleek enorm veel kennis in dit testlab aanwezig te zijn over de internals van PROFINET en het gebruik ervan in combinatie met een PLC. Daar hebben we nog héél goed gebruik van kunnen maken. Nadat de certificatie eind 2015 succesvol was, is begin dit jaar het product op de markt gebracht”.

Ondersteuning

Het PICC van ATS heeft Bronkhorst ondersteund bij de implementatie. Dit project was nogal afwijkend van wat gebruikelijk aan ondersteuning geboden moeten worden, aangezien het hier niet om het gebruiken van PROFINET ging, maar om het implementeren ervan. Initieel heeft ATS een training verzorgd voor allen die bij het project betrokken waren. Tijdens de implementatie van de hardware en software is gebruik gemaakt van de toegang tot de expertise in de Profibus vereniging. Daarnaast beschikt ATS over een collectie PLC’s en engineering tools die gebruikt zijn voor interoperabiliteitstesten. Deze testen gaan weer een stap verder dan de certificatietesten, omdat ze ook de samenwerking tussen twee apparaten testen. De PROFINET implementaties kunnen namelijk per PLC verschillen, zelfs als de PLC’s van dezelfde leverancier komen. Zo is tijdens de testen een verschil ontdekt tussen de verschillende manieren waarop met statusmeldingen wordt omgegaan, afhankelijk van het type S7 PLC. Door de software in de flowmeter hierop aan te passen kan deze nu met alle geteste PLC’s omgaan.

De gateway

Er zijn klanten die tientallen, soms wel 50, flowmeters in één productielijn installeren. Dan is het niet zo praktisch dat elke flowmeter een eigen PROFINET-interface heeft. Het aantal apparaten op het netwerk loopt dan snel op, en het geeft een langere cyclustijd. Daarom heeft Bronkhorst ook een gateway ontwikkeld, die enerzijds met PROFINET werkt, en anderzijds via de eigen FLOW-BUS serieel communiceert met meerdere flowmeters. Dit levert op PROFINET een hogere snelheid op en resulteert daarnaast in een kostenbesparing voor de flowmeters. De besturing ziet maar één PROFINET apparaat.

Ervaring tot nu toe

De ervaring van Bronkhorst met PROFINET is positief. Wiggers: “De PROFINET-flowmeter is nu een half jaar op de markt en loopt goed. De implementatie van netwerkprotocollen valt echter altijd tegen. Het is immers geen core-business van ons. Naast de ondersteuning van ATS tijdens de ontwikkeling, hebben zij ook nog geholpen met het testen van de flowmeter met allerlei soorten PLC’s. Dat het allemaal werkt geeft ons vertrouwen in ons eigen product.” Van der Linden voegt hieraan toe: “Niet elk PICC biedt de mogelijkheid om met diverse PLC’s te kunnen testen. Maar omdat wij de apparatuur wel in huis hebben, we voeren daar als ATS immers ook projecten mee uit, is het bij ons wél mogelijk. Uiteindelijk hebben klanten dan de zekerheid dat hun besturing met de Bronkhorst flowmeter out-of-the-box goed kan samenwerken”.

PN_FieldDevices_Titelbild_01[1]De PI vereniging heeft een document getiteld “PROFINET Field Devices: Recommendations for Design and Implementation” uitgegeven. In een 30-tal pagina’s wordt een overzicht gegeven van waar aan gedacht moet worden in het implementatietraject. Ook worden veel verwijzingen gegeven naar gedetailleerde informatie, welke (externe) software gebruikt kan worden, welke applicatieprofielen er bestaan (PROFIsafe, PROFIenergy, PROFIdrive), en waar ondersteuning gekregen kan worden. Het document geeft zodoende de implementator een vliegende start.