Kaj je ProfiNet: arhitektura, delovanje, vrste in njegove aplikacije

Tehnologijo Profinet je razvil in objavil PROFIBUS & PROFINET International v začetku leta 2000. PROFINET je inovativna in odprto standardna rešitev Industrial Ethernet, ki se uporablja za izmenjavo podatkov med krmilniki in napravami v industrijska avtomatizacija . Koncept PROFINET preprosto izpolnjuje vse zahteve tehnologije industrijske avtomatizacije z uporabo IT standardov, kot sta TCP/IP in XML za komunikacijo, konfiguracijo in diagnosticiranje terenskih naprav/strojev. Torej je to dobro sprejeta rešitev Industrial Ethernet. Torej, ta članek podaja kratke informacije o Profibusu – delo z aplikacijami.

Kaj je Profinet?

PROFINET (procesno polje Net) je industrijski komunikacijski standard, ki temelji na mednarodnih standardih in je namenjen izmenjavi podatkov med napravami in krmilniki v industrijskem krmilnem sistemu. Tukaj so krmilniki PLC-ji,  PAC-ji ali DCS-ji, medtem ko so naprave vizualni sistemi, I/O bloki, čitalniki RFID,  procesni instrumenti, pogoni, posredniki itd. Ker je to odprt standard, je veliko proizvajalcev oblikovalo izdelke PROFINET, kot so PAC-ji, PLC-ji, roboti, pogoni, IO-ji, posredniki in diagnostična orodja.

Z uporabo tega industrijskega komunikacijskega standarda lahko povežemo HMI, PLC , Porazdeljeni V/I, a senzor , drugačen oddajniki , VFD in aktuatorji v enem omrežju. Profinet zagotavlja hitrejši odzivni čas, zato je zbiranje podatkov še boljše.

Industrial Profinet je na voljo z zaščito, ki zagotavlja vrhunsko delovanje v okolju z električnim hrupom. Za identifikacijo naprav Profinet je treba določiti ime naprave z naslovom IP. Vsaki napravi v omrežju mora biti dodeljen naslov IP za komunikacijo. Profinet se uporablja kot oddaljeni I/O, podoben Profibus-DP, da zagotovi zelo hitro komunikacijo.

V večjem omrežju se uporablja omrežno stikalo za povezavo Profineta za enostavno distribucijo. Naprava profinet se identificira prek veljavnih naslovov IP. Na primer, če ima naprava profinet naslov IP 191.127.0.20, kjer prve tri števke vključujejo podatke o omrežju, zadnja številka pa je številka naprave.

ProfiNet arhitektura

PROFINET je komunikacijski protokol, ki je zasnovan predvsem za izmenjavo podatkov med krmilniki in napravami znotraj nastavitve avtomatizacije. Gre torej za najpogosteje uporabljeno industrijsko zasnovano rešitev Ethernet. Ker je PROFINET odprt standard, so številni proizvajalci razvili različne izdelke PROFINET-a, kot so PLC-ji, roboti, PAC-ji, posredniki, IO-ji, diagnostična orodja, pogoni itd.
PROFINET preprosto definira ciklično in aciklično komunikacijo med različnimi komponentami, kot so diagnostika, alarmi, funkcionalna varnost in dodatne informacije. Torej PROFINET uporablja standardni Ethernet kot komunikacijski medij za povezavo teh komponent.

Komponente PROFINET v omrežju so povezane z Ethernet kabli in omogoča soobstoj drugih Ethernet protokolov v podobni infrastrukturi. Poleg PROFINET-a lahko za uravnoteženje omrežja uporabite druge protokole, ki temeljijo na Ethernetu, kot so SNMP, OPC UA, HTTP ali MQTT.
Arhitektura ProfiNet, ki temelji na ISO/ model OSI je prikazano spodaj. PROFINET živi na 7 ravneh načina ISO/OSI, ki je aplikacijska plast. Na splošno ta sedemplastni model ISO/OSI preprosto definira abstraktne plasti komunikacijskega sistema.

ProfiNet deluje

Industrijska avtomatizacija pogosto potrebuje visoko hitrost in deterministično komunikacijo, kar pomeni dostavo sporočil točno, ko se pričakujejo. Torej bi moral PROFINET zagotoviti, da so sporočila dostavljena s primerno hitrostjo in določenostjo glede na nalogo. Vendar vse aplikacije ne potrebujejo podobne zmogljivosti.

PROFINET dostavlja podatke z uporabo različnih komunikacijskih kanalov, kot je prikazano v zgornji arhitekturi, da se zagotovi primerna zmogljivost, npr TCP/IP ali UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) in TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET uporablja TCP/IP sicer komunikacijo UDP/IP, zlasti za nekritične naloge, kot sta konfiguracija in parametriranje. Zaradi dodatne zakasnitve in tresenja, povezanih s komunikacijo, ki temelji na IP, je ta tehnika neprimerna za časovno kritične naloge.

PROFINET uporablja kanal RT za dostavo podatkov na zelo hiter in determinističen način za uporabo v časovno kritičnih aplikacijah. PROFINET RT izpolnjuje potrebe večine časovno kritičnih aplikacij. Celotna zmogljivost je torej v glavnem odvisna od zasnove omrežja, vendar pa lahko dosežete čase ciklov od 250 µs do 512 ms. Torej ne potrebujete posebne konfiguracije ali strojne opreme za uporabo mehanizma PROFINET v realnem času, ker so vsi izdelki PROFINET opremljeni s to zmogljivostjo.

PROFINET IRT se uporablja za povečanje zmogljivosti, tako da zmanjša spremenljive zakasnitve podatkov s povečanjem pravil, ki se uporabljajo za preklapljanje prometa Ethernet, in ustvarjanjem posebnih pravil za promet PROFINET. Ta IRT je neobvezen in potreben samo v natančnih aplikacijah, ki temeljijo na visoki zmogljivosti, kot so tiskarski stroji in pakirni stroji.

Najnovejša specifikacija PROFINET V2.4 lansira četrti komunikacijski kanal, kot je PROFINET prek TSN. To je nova tehnologija, ki se nahaja na ravni podatkovne povezave v modelu ISO/OSI. To je nabor standardov IEEE 802, ki se uporablja za privzeto determinističnost Etherneta. Nekateri standardi IEEE so; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB in IEEE 802.1Q-2018.

Vrste ProfiNet

Profineti so na voljo v dveh vrstah, ki temeljijo na kablih, ki se uporabljajo kot bakreni kabli in kabli iz optičnih vlaken.

Bakreni kabel Profinet

To je zeleno obarvan 4-žilni oklopljen kabel, ki podpira do 100 Mb/s Fast Ethernet na razdalji 100 metrov. Z uporabo tega kabla je dosežen Full Duplex prenos, kar pomeni, da se podatki prenašajo v dveh smereh hkrati. Poleg tega se za prenosne hitrosti 1 Gbps uporabljajo 8-žilni bakreni kabli.

Bakreni kabli PROFINET so na voljo v štirih vrstah tip-A, tip-B, tip-R in tip-C.

• Bakreni kabli tipa A se uporabljajo predvsem za fiksne instalacije.
• Bakreni kabli tipa B se uporabljajo tam, kjer je prisotno upogibanje. Te vrste kablov so odporne na tresljaje ali občasno gibanje.
• Bakreni kabli tipa R se uporabljajo v robotskih aplikacijah.
• Bakreni kabli tipa C se uporabljajo v specializiranih aplikacijah in se lahko upirajo gibanju ter dinamičnim okoljem. Na primer rotacijski stroji.
• Obstajajo tudi drugi bakreni kabli, kot so vlečni kabli, ki se uporabljajo za gibljive dele, zakopani kabli, ki se uporabljajo v podzemnih komunikacijah, in ognjevarni nejedki kabli, ki se uporabljajo za protipožarno zaščito.

Optični kabli Profinet

Ti kabli uporabljajo dve vzporedni žici, ki se uporabljata za neposredno sestavljanje konektorjev. Te vrste kablov imajo do 100 Mbit/s hitrosti in tudi polno dupleksno komunikacijo.

Te vrste kablov zagotavljajo številne prednosti, saj lahko pokrivajo kilometre razdalj in zagotavljajo popolno električno izolacijo med regijami obratov. Poleg tega so ti kabli odporni na elektromagnetne motnje. Ti kabli so na voljo v dveh vrstah tipa B in tipa C, kjer se kabli tipa B uporabljajo za fleksibilno ali stacionarno uporabo, kabli tipa C pa se uporabljajo za posebne aplikacije, kot so vibracije, trajno premikanje itd.

ProfiNet proti Ethernetu

The razlike med Profinetom in Ethernetom so obravnavani spodaj.

ProfiNet proti Profibusu

The razlike med Profinetom in Profibusom so obravnavani spodaj.

Priključek Profinet

Konektorji Profinet so posebej zasnovani za zaključke kablov Profinet. Ti konektorji so zelo priljubljeni zaradi svoje cenovne dostopnosti in tudi enostavne uporabe. Tako so uporabniku prijazni, se hitro povežejo, zagotavljajo visoko zmogljivost, njihova struktura je toga, odporna na udarce in tudi ne potrebuje vzdrževanja.

Topologija ProfiNet

Pri načrtovanju omrežja sta fleksibilnost in postavitev glavni značilnosti PROFINET-a. Podpira približno neomejene možnosti kombiniranja, ko se uporabljajo vse tipične topologije Ethernet. Obstajajo različne temeljne topologije PROFINET, zato je pravilna izbira topologije pomembna za načrtovanje avtomatizacijske naprave PROFINET. Po tej zasnovi je treba topologijo prilagoditi. Za nastavitev topologije profinet bodo morda potrebna dodatna stikala. Na voljo so različne osnovne topologije PROFINET, kot so zvezdaste, drevesne in črtne topologije.

Zvezdna topologija

Zvezdasta topologija je primerna za območja, vključno z delno geografsko razširitvijo. Ta topologija se ustvari samodejno, če so številna komunikacijska vozlišča povezana s splošnim stikalom. Če vozlišče posameznega PROFINET-a odpove ali se odklopi, bodo druga vozlišča PROFINET-a neprekinjeno delovala. Toda če srednje stikalo odpove, bo komunikacija z vsemi povezanimi vozlišči prekinjena.

Topologija drevesa

Drevesna topologija se oblikuje s povezovanjem različnih zvezdnih omrežij v eno samo omrežje. Funkcionalno enoto tvorijo deli naprave za avtomatizacijo, ki so združeni v zvezde. Ti so torej medsebojno povezani prek sosednjih stikal. V zvezdišču eno stikalo deluje kot razdelilnik signala.

Topologija črte

Topologija linije se pogosto uporablja v obratih za avtomatizacijo tekočih trakov in se uporablja tudi v aplikacijah majhnih strojev. Naprave PROFINET so opremljene z integriranim stikalom za pomoč pri prepoznavanju topologij linij. Ko pride do prekinitve linije, ko se uporabljajo topologije linije, ni več mogoče vzpostaviti stika z napravami, razporejenimi po okvarjeni napravi. Temu se torej lahko izognemo z razširitvijo linije na obliko zvonjenja s protokolom redundance.

Prednosti

The Prednosti ProfiNet vključujejo naslednje.

• PROFINET vam ponuja najboljše načine za izboljšanje vaše produktivnosti s štirimi pomembnimi prednostmi: prilagodljivostjo, odprtostjo, zmogljivostjo in učinkovitostjo.
• Visoka operativna razpoložljivost in zanesljivost.
• Dostopnost Transparentnih podatkov.
• Enostavna in brezhibna kombinacija uveljavljenih sistemov Fieldbus prek prehodov/proksijev.
• Ima smiselne in podrobne diagnostične možnosti.
• Z uporabo Profineta lahko izvajamo različne možnosti topologije, kot so zvezda, linija, obroč in drevo.
• Ponuja prepoznavanje topologije in diagnostiko za hitro in strokovno zagon omrežja.
• Funkcionalna varnost Profibusa preprečuje nevarnosti zaradi lažnega delovanja industrijskih strojev

Aplikacije

The aplikacije ProfiNe t vključujejo naslednje.

• PROFINET se uporablja v različnih aplikacijah, kot so avtomatizacija procesov, proizvodnja, varnost in izohroni nadzor gibanja.
• PROFINET se uporablja na vseh področjih avtomatizacije.
• To je odprta rešitev Industrial Ethernet, ki temelji na mednarodnih standardih, ki se uporabljajo za izmenjavo podatkov med napravami in krmilniki znotraj nastavitve avtomatizacije.
• Procesno polje Net uporablja Siemens PLC.
• PROFINET se uporablja na različnih področjih za implementacijo avtomatizacijskih rešitev, kot so avtomatizacija procesov, avtomatizacija stavb in avtomatizacija tovarn.
• PROFINET se uporablja prek industrijskega Etherneta za podatkovno komunikacijo.
• Na splošno se uporablja v procesu avtomatizacije za spreminjanje in krmiljenje medijev, kot so tekočine in plini.
• Uporabljajo se tudi na različnih področjih, kot so oskrba s kurilnim plinom, avtomatizacija in nadzor odpadne vode ali čiščenje vode.
• Uporablja se za predelavo rastlin v industriji pijač, mlekarnah in za proizvodnjo hrane.
• Uporablja se v številnih panogah, kot so plin, avtomobilska industrija, nafta, logistika in mnoge druge.

Torej gre za vse pregled Profineta tehnologija – delo z aplikacijami. To je najpomembnejši industrijski standard Ethernet na trgu. To je tehnologija, usmerjena v prihodnost in uveljavljena po vsem svetu, ki jo podpira več prodajalcev izdelkov za zagotavljanje zaščite naložb in dolgoročne razpoložljivosti. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je Profibus?