Czym jest ProfiNet: architektura, sposób działania, typy i zastosowania

Technologia Profinet została opracowana i opublikowana przez PROFIBUS & PROFINET International na początku 2000 r. PROFINET jest innowacyjnym i otwartym standardem przemysłowym rozwiązaniem Ethernet, używanym do wymiany danych między sterownikami i urządzeniami w automatyka przemysłowa . Koncepcja PROFINET po prostu spełnia wszystkie wymagania technologii automatyki przemysłowej, wykorzystując standardy IT, takie jak TCP/IP i XML do komunikacji, konfiguracji i diagnozowania urządzeń/maszyn obiektowych. Jest to więc dobrze przyjęte rozwiązanie Industrial Ethernet. Dlatego ten artykuł zawiera krótkie informacje na temat Profibusa – pracy z aplikacjami.

Co to jest Profinet?

PROFINET (process field Net) to przemysłowy standard komunikacyjny oparty na międzynarodowych standardach, przeznaczony do wymiany danych pomiędzy urządzeniami i sterownikami w przemysłowym systemie sterowania. Tutaj kontrolerami są sterowniki PLC, PAC lub DCS, podczas gdy urządzenia to systemy wizyjne, bloki we/wy, czytniki RFID, przyrządy procesowe, napędy, serwery proxy itp. Ponieważ jest to otwarty standard, wielu producentów zaprojektowało produkty PROFINET, takie jak PAC, PLC, roboty, napędy, IO, proxy i narzędzia diagnostyczne.

Korzystając z tego przemysłowego standardu komunikacji, możemy połączyć HMI, PLC , Rozproszone we/wy, a czujnik , różne nadajniki , VFD i siłowniki w jednej sieci. Profinet zapewnia szybszy czas reakcji, dzięki czemu zbieranie danych staje się jeszcze lepsze.

Industrial Profinet jest dostępny z ekranowaniem, które zapewnia doskonałą wydajność w otoczeniu o wysokim poziomie szumów elektrycznych. Aby zidentyfikować urządzenia Profinet, należy je zdefiniować nazwą urządzenia z adresem IP. Każde urządzenie w sieci powinno mieć przydzielony adres IP do komunikacji. Profinet jest używany jako zdalne I/O podobne do Profibus-DP, aby zapewnić bardzo szybką komunikację.

W większej sieci przełącznik sieciowy służy do łączenia Profinetu w celu prostej dystrybucji. Urządzenie profinet jest identyfikowane poprzez prawidłowe adresy IP. Na przykład, jeśli urządzenie Profinet ma adres IP 191.127.0.20, gdzie pierwsze trzy cyfry zawierają informacje o sieci, a ostatnia cyfra to numer urządzenia.

Architektura ProfiNet

PROFINET to protokół komunikacyjny, który jest przeznaczony głównie do wymiany danych między sterownikami, a także urządzeniami w ramach ustawień automatyki. Jest to więc najczęściej stosowane rozwiązanie Ethernet oparte na przemyśle. Ponieważ PROFINET jest otwartym standardem, wielu producentów opracowało różne produkty PROFINET, takie jak sterowniki PLC, roboty, PAC, proxy, IO, narzędzia diagnostyczne, napędy itp.
PROFINET po prostu definiuje cykliczną i acykliczną komunikację między różnymi komponentami, takimi jak diagnostyka, alarmy, bezpieczeństwo funkcjonalne i dodatkowe informacje. Tak więc PROFINET używa standardowego Ethernetu jako medium komunikacyjnego do łączenia tych komponentów.

Komponenty PROFINET w sieci są połączone kablami Ethernet, co pozwala na współistnienie innych protokołów Ethernet w podobnej infrastrukturze. Oprócz PROFINET, możesz użyć innych protokołów opartych na sieci Ethernet do zrównoważenia sieci, takich jak SNMP, OPC UA, HTTP lub MQTT.
Architektura ProfiNet oparta na ISO/ Model OSI pokazano poniżej. PROFINET działa w 7 warstwach trybu ISO/OSI, który jest warstwą aplikacji. Ogólnie rzecz biorąc, ten siedmiowarstwowy model ISO/OSI po prostu definiuje warstwy abstrakcji systemu komunikacji.

Praca w sieci ProfiNet

Automatyka przemysłowa często wymaga szybkiej i deterministycznej komunikacji, co oznacza dostarczanie komunikatów dokładnie wtedy, gdy są oczekiwane. Dlatego PROFINET powinien upewnić się, że komunikaty są dostarczane z odpowiednią szybkością i determinizmem w oparciu o zadanie. Ale nie wszystkie aplikacje wymagają podobnej wydajności.

PROFINET dostarcza dane przy użyciu różnych kanałów komunikacji, jak pokazano na powyższej architekturze, aby zapewnić odpowiednią wydajność, taką jak TCP/IP lub UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Izochronous Real-Time) i TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET używa protokołu TCP/IP, w przeciwnym razie komunikacji UDP/IP, szczególnie do zadań o krytycznym znaczeniu, takich jak konfiguracja i parametryzacja. Ze względu na dodatkowe opóźnienia i fluktuacje związane z komunikacją opartą na IP, technika ta jest nieodpowiednia do zadań, w których czas ma krytyczne znaczenie.

PROFINET wykorzystuje kanał RT do dostarczania danych w bardzo szybki i deterministyczny sposób do wykorzystania w aplikacjach krytycznych czasowo. PROFINET RT spełnia wymagania większości aplikacji, w których czas ma krytyczne znaczenie. Tak więc ogólna wydajność zależy głównie od projektu sieci, jednak można osiągnąć czasy cyklu od 250 µs do 512 ms. Tak więc nie potrzebujesz specjalnej konfiguracji ani sprzętu, aby wykorzystać mechanizm czasu rzeczywistego PROFINET, ponieważ wszystkie produkty PROFINET są wyposażone w tę zdolność.

PROFINET IRT jest używany do zwiększenia wydajności, dzięki czemu redukuje zmienne opóźnienia danych poprzez zwiększenie reguł wykorzystywanych do przełączania ruchu Ethernet, a także tworzenie specjalnych reguł dla ruchu PROFINET. Ten IRT jest opcjonalny i wymagany tylko w zastosowaniach wymagających wysokiej wydajności, takich jak prasy drukarskie i maszyny pakujące.

Najnowsza specyfikacja PROFINET V2.4 uruchamia czwarty kanał komunikacji, taki jak PROFINET over TSN. Jest to nowa technologia, która znajduje się w warstwie łącza danych w modelu ISO/OSI. Jest to zestaw standardów IEEE 802, który jest używany do domyślnego określania sieci Ethernet. Niektóre ze standardów IEEE to; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB i IEEE 802.1Q-2018.

Rodzaje ProfiNet

Profinety są dostępne w dwóch typach w oparciu o kable używane jak kable miedziane i światłowody.

Kabel miedziany Profinet

Jest to zielony, 4-żyłowy ekranowany kabel, który obsługuje do 100 Mb/s Fast Ethernet w odległości 100 metrów. Za pomocą tego kabla uzyskuje się transmisję Full Duplex, co oznacza, że ​​dane są przesyłane jednocześnie w dwóch kierunkach. Dodatkowo dla prędkości transmisji 1 Gb/s stosuje się 8-żyłowe kable miedziane.

Kable miedziane PROFINET są dostępne w czterech typach typu A, typu B, typu R i typu C.

• Kable miedziane typu A są używane głównie w instalacjach stacjonarnych.
• Kable miedziane typu B są używane tam, gdzie występuje zginanie. Kable tego typu są odporne na wibracje lub sporadyczne ruchy.
• Kable miedziane typu R są używane w aplikacjach robotów.
• Kable miedziane typu C są używane w specjalistycznych zastosowaniach i są odporne na ruch oraz dynamiczne środowiska. Na przykład maszyny rotacyjne.
• Istnieją również inne kable miedziane, takie jak kable wleczone używane do ruchomych części, zakopane kable używane w komunikacji podziemnej i niepalne, niekorozyjne kable stosowane do ochrony przeciwpożarowej.

Kable światłowodowe Profinet

Kable te wykorzystują dwa równoległe przewody, które są używane bezpośrednio do montażu złączy. Kable tego typu mają prędkość do 100 Mbit/s, a także komunikację w trybie pełnego dupleksu.

Tego typu kable zapewniają wiele korzyści, ponieważ mogą pokonywać kilometry odległości i zapewniają całkowitą izolację elektryczną między regionami zakładu. Dodatkowo kable te są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne. Kable te są dostępne w dwóch typach typu B i typu C, gdzie kable typu B są używane do użytku elastycznego lub stacjonarnego, a kable typu C są używane do specjalnych zastosowań, takich jak wibracje, ruch ciągły itp.

ProfiNet a Ethernet

The różnice między Profinetem a Ethernetem są omówione poniżej.

ProfiNet a Profibus

The różnice między Profinetem a Profibus są omówione poniżej.

Złącze Profinet

Złącza Profinet są specjalnie zaprojektowane do zakończeń kabli Profinet. Złącza te są bardzo popularne ze względu na ich przystępność cenową oraz prostotę użytkowania. Są więc przyjazne dla użytkownika, szybko się łączą, zapewniają wysoką wydajność, ich konstrukcja jest sztywna, odporna na wstrząsy, a także bezobsługowa.

Topologia ProfiNet

W projektowaniu sieci, elastyczność i układ są głównymi cechami PROFINET. Obsługuje w przybliżeniu nieograniczone możliwości kombinacji, gdy używane są wszystkie typowe topologie Ethernet. Istnieją różne podstawowe topologie PROFINET, więc właściwy wybór topologii jest istotny dla projektowania instalacji automatyki PROFINET. Po tym projekcie należy dostosować topologię. Aby skonfigurować topologię Profinet, mogą być wymagane dodatkowe przełączniki. Dostępne są różne podstawowe topologie PROFINET, takie jak topologie gwiazdy, drzewa i linii.

Topologia gwiazdy

Topologia gwiazdy jest odpowiednia dla obszarów obejmujących częściowe rozszerzenie geograficzne. Ta topologia jest tworzona automatycznie, jeśli wiele węzłów komunikacyjnych jest połączonych z przełącznikiem ogólnym. Jeśli węzeł pojedynczego PROFINET ulegnie awarii lub zostanie odłączony, wtedy inne węzły PROFINET będą działać nieprzerwanie. Ale jeśli środkowy przełącznik ulegnie awarii, komunikacja zostanie przerwana ze wszystkimi podłączonymi węzłami.

Topologia drzewa

Topologia drzewa jest tworzona przez połączenie różnych sieci gwiaździstych w jedną sieć. Jednostkę funkcjonalną tworzą części automatyki, które są połączone w punkty gwiazdowe. Są one połączone w sieć za pośrednictwem sąsiednich przełączników. W punkcie gwiazdowym pojedynczy przełącznik działa jak dystrybutor sygnału.

Topologia linii

Topologia linii jest szeroko stosowana w instalacjach automatyzacji taśm przenośnikowych, a także w małych zastosowaniach maszynowych. Urządzenia PROFINET są wyposażone w zintegrowany przełącznik, który pomaga w rozpoznawaniu topologii linii. Gdy nastąpi przerwanie linii, gdy używane są topologie linii, wówczas urządzenia umieszczone po uszkodzonym urządzeniu nie mogą już mieć kontaktu. Można tego uniknąć, rozszerzając linię do formy pierścieniowej z protokołem redundancji.

Zalety

The Zalety ProfiNet obejmują następujące elementy.

• PROFINET zapewnia najlepsze sposoby na zwiększenie produktywności dzięki czterem ważnym zaletom elastyczności, otwartości, wydajności i efektywności.
• Wysoka dostępność operacyjna i niezawodność.
• Dostępność przejrzystych danych.
• Łatwe i bezbłędne łączenie sprawdzonych systemów Fieldbus za pośrednictwem bram/serwerów proxy.
• Posiada znaczące i szczegółowe opcje diagnostyczne.
• Korzystając z Profinetu, możemy wykonać różne opcje topologii, takie jak gwiazda, linia, pierścień i drzewo.
• Oferuje rozpoznawanie i diagnostykę topologii w celu szybkiego i sprawnego uruchomienia sieci.
• Bezpieczeństwo funkcjonalne Profibus pozwala uniknąć zagrożeń z powodu fałszywego funkcjonowania maszyn przemysłowych

Aplikacje

The zastosowania ProfiNe t obejmują następujące elementy.

• PROFINET jest używany w różnych aplikacjach, takich jak automatyzacja procesów, produkcja, bezpieczeństwo i aplikacje do izochronicznego sterowania ruchem.
• PROFINET jest używany we wszystkich obszarach automatyki.
• Jest to otwarte rozwiązanie Industrial Ethernet oparte na międzynarodowych standardach używanych do wymiany danych między urządzeniami i sterownikami w ramach ustawień automatyki.
• Pole procesowe Net jest wykorzystywane przez Siemens PLC.
• PROFINET jest używany w różnych dziedzinach do wdrażania rozwiązań automatyki, takich jak automatyzacja procesów, automatyka budynków i automatyka fabryk.
• PROFINET jest używany przez Industrial Ethernet do komunikacji danych.
• Jest stosowany ogólnie w procesie automatyzacji do zmiany i kontroli mediów, takich jak ciecze i gazy.
• Są one również wykorzystywane w różnych obszarach, takich jak zaopatrzenie w paliwo gazowe, automatyka i kontrola ścieków lub uzdatniania wody.
• Wykorzystywany jest w zakładach przetwórczych w przemyśle napojów, mleczarni i produkcji żywności.
• Znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, takich jak gazownictwo, motoryzacja, nafta, logistyka i wiele innych.

Tak więc o to chodzi przegląd Profinetu technologia – praca z aplikacjami. Jest to najważniejszy standard Ethernetu przemysłowego na rynku. Jest to technologia zorientowana na przyszłość i ugruntowana na całym świecie, która jest wspierana przez kilku dostawców produktów w celu zapewnienia ochrony inwestycji i długoterminowej dostępności. Oto pytanie do Ciebie, czym jest Profibus?