Ce este ProfiNet: arhitectură, lucru, tipuri și aplicațiile sale

Tehnologia Profinet a fost dezvoltată și publicată de PROFIBUS & PROFINET International la începutul anului 2000. PROFINET este o soluție Industrial Ethernet inovatoare și standard deschisă, utilizată pentru schimbul de date între controlere și dispozitive în automatizare industriala . Conceptul PROFINET satisface pur și simplu toate cerințele tehnologice de automatizare industrială prin utilizarea standardelor IT precum TCP/IP și XML pentru comunicarea, configurarea și diagnosticarea dispozitivelor/mașinilor de teren. Deci, este soluția Industrial Ethernet bine adoptată. Deci, acest articol oferă informații scurte despre Profibus – lucrul cu aplicații.

Ce este Profinet?

PROFINET (process field Net) este un standard de comunicare industrială bazat pe standarde internaționale care sunt concepute pentru schimbul de date între dispozitive și controlere într-un sistem de control industrial. Aici, controlerele sunt PLC-uri,  PAC-uri sau DCS-uri, în timp ce dispozitivele sunt sisteme de viziune, blocuri I/O, cititoare RFID,  instrumente de proces, unități, proxy-uri etc. Deoarece acesta este un standard deschis, atât de mulți producători au proiectat produse PROFINET precum PAC-uri, PLC-uri, roboți, unități, IO-uri, proxy și instrumente de diagnosticare.

Utilizând acest standard de comunicare industrială, putem conecta HMI, PLC , I/O distribuite, a senzor , diferit emițătoare , VFD și actuatoare într-o singură rețea. Profinet oferă un timp de răspuns mai rapid, astfel colectarea datelor devine și mai bună.

Industrial Profinet este disponibil cu ecranare care oferă performanțe superioare într-un mediu zgomotos din punct de vedere electric. Pentru a identifica dispozitivele Profinet, acestea ar trebui definite prin numele dispozitivului cu adresa IP. Fiecare dispozitiv dintr-o rețea ar trebui să fie alocat după adresa IP pentru a comunica. Profinet este folosit ca I/O la distanță similar cu Profibus-DP pentru a oferi o viteză foarte rapidă de comunicare.

În rețeaua mai mare, un comutator de rețea este utilizat pentru conectarea Profinet pentru distribuție simplă. Dispozitivul profinet este identificat prin adrese IP valide. De exemplu, dacă dispozitivul Profinet are o adresă IP 191.127.0.20 unde primele trei cifre includ informații despre rețea și ultima cifră este un număr de dispozitiv.

Arhitectura ProfiNet

PROFINET este un protocol de comunicație care este conceput în principal pentru schimbul de date între controlere, precum și dispozitive într-o setare de automatizare. Deci este cea mai utilizată soluție Ethernet industrială. Deoarece PROFINET este un standard deschis, un număr de producători au dezvoltat diferite produse PROFINET, cum ar fi PLC-uri, roboți, PAC-uri, proxy-uri, IO-uri, instrumente de diagnosticare, unități etc.
PROFINET definește pur și simplu comunicarea ciclică și aciclică între diferite componente, cum ar fi diagnostice, alarme, siguranță funcțională și informații suplimentare. Deci, PROFINET folosește Ethernet standard ca mediu de comunicare pentru conectarea acestor componente.

Componentele PROFINET dintr-o rețea sunt conectate prin cabluri Ethernet și permite altor protocoale Ethernet să coexiste într-o infrastructură similară. Pe lângă PROFINET, puteți utiliza alte protocoale bazate pe Ethernet pentru a echilibra rețeaua, cum ar fi SNMP, OPC UA, HTTP sau MQTT.
Arhitectura ProfiNet bazată pe ISO/ OSI model este prezentat mai jos. PROFINET trăiește la 7 straturi ale modului ISO/OSI, care este stratul de aplicație. În general, acest model ISO/OSI cu șapte straturi definește pur și simplu straturile de abstractizare ale sistemului de comunicații.

Funcționează ProfiNet

Automatizarea industrială are adesea nevoie de comunicare de mare viteză, precum și deterministă, ceea ce înseamnă livrarea mesajelor exact odată ce sunt așteptate. Deci, PROFINET ar trebui să se asigure că mesajele sunt livrate la o viteză și determinism adecvate în funcție de sarcină. Dar nu toate aplicațiile au nevoie de performanțe similare.

PROFINET furnizează date folosind diferite canale de comunicație, așa cum se arată în arhitectura de mai sus, pentru a asigura o performanță adecvată TCP/IP sau UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) și TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET folosește comunicarea TCP/IP, altfel UDP/IP, în special pentru sarcini care nu sunt critice în timp, cum ar fi configurarea și parametrizarea. Din cauza latenței și a fluctuațiilor suplimentare legate de comunicarea bazată pe IP, această tehnică este inadecvată pentru sarcinile critice de timp.

PROFINET folosește un canal RT pentru a furniza date într-un mod foarte rapid și determinist pentru a fi utilizate în aplicații bazate pe timp critic. PROFINET RT îndeplinește cerințele majorității aplicațiilor critice în timp. Deci, performanța generală depinde în principal de designul rețelei, cu toate acestea, puteți obține timpi de ciclu de la 250 µs – 512 ms. Deci, nu aveți nevoie de configurație specială sau hardware pentru a utiliza mecanismul în timp real al PROFINET, deoarece toate produsele PROFINET sunt echipate cu această capacitate.

PROFINET IRT este folosit pentru a crește performanța, astfel încât să reducă întârzierile de date modificabile prin creșterea regulilor utilizate pentru comutarea traficului Ethernet și, de asemenea, creând reguli speciale pentru traficul PROFINET. Acest IRT este opțional și necesar doar în aplicațiile exacte bazate pe performanță ridicată, cum ar fi presele de imprimare și mașinile de ambalat.

Cea mai recentă specificație PROFINET V2.4 lansează un al patrulea canal de comunicare precum PROFINET prin TSN. Aceasta este o nouă tehnologie care se află pe stratul de legătură de date în modelul ISO/OSI. Este un set de standarde IEEE 802 care este folosit pentru a face Ethernetul determinist în mod implicit. Unele dintre standardele IEEE sunt; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB și IEEE 802.1Q-2018.

Tipuri ProfiNet

Profinets sunt disponibile în două tipuri, pe baza cablurilor utilizate, cum ar fi cablurile de cupru și cabluri de fibră optică.

Cablu de cupru Profinet

Acesta este un cablu de culoare verde și ecranat cu 4 fire și acceptă până la 100 Mbps Fast Ethernet la 100 de metri distanță. Prin utilizarea acestui cablu, se realizează transmisia Full Duplex, ceea ce înseamnă că datele sunt transmise în două direcții simultan. În plus, pentru rate de transmisie de 1 Gbps, sunt utilizate cabluri de cupru cu 8 fire.

Cablurile de cupru PROFINET sunt disponibile în patru tipuri de tip A, tip B, tip R și tip C.

• Cablurile de cupru de tip A sunt utilizate în principal pentru instalații fixe.
• Cablurile de cupru de tip B sunt folosite acolo unde este prezentă îndoire. Aceste tipuri de cabluri pot rezista la vibrații sau mișcări ocazionale.
• Cablurile de cupru de tip R sunt utilizate în aplicațiile robotizate.
• Cablurile de cupru de tip C sunt folosite în aplicații specializate și pot rezista atât la mișcare, cât și la medii dinamice. De exemplu, mașini rotative.
• Alte cabluri de cupru sunt, de asemenea, acolo, cum ar fi cablurile trase utilizate pentru piesele mobile, cablurile îngropate utilizate în comunicațiile subterane și cablurile ignifuge non-corozive utilizate pentru protecția împotriva incendiilor.

Cabluri de fibră optică Profinet

Aceste cabluri folosesc două fire paralele care sunt folosite direct pentru asamblarea conectorilor. Aceste tipuri de cabluri au viteze de până la 100 Mbit/s și, de asemenea, comunicație full duplex.

Aceste tipuri de cabluri oferă multe beneficii, cum ar fi ele pot acoperi kilometri de distanțe și oferă izolație electrică totală între regiunile centralei. În plus, aceste cabluri sunt rezistente la interferențe electromagnetice. Aceste cabluri sunt disponibile în două tipuri de tip B și tip C, unde cablurile de tip B sunt utilizate pentru utilizare flexibilă sau staționară, iar cablurile de tip C sunt utilizate pentru aplicații speciale, cum ar fi vibrații, mișcări permanente etc.

ProfiNet vs Ethernet

The diferențele dintre Profinet și Ethernet sunt discutate mai jos.

ProfiNet Vs Profibus

The diferențele dintre Profinet și Profibus sunt discutate mai jos.

Conector Profinet

Conectorii Profinet sunt proiectați în special pentru terminațiile cablurilor Profinet. Acești conectori sunt foarte populari datorită accesibilității lor și, de asemenea, utilizării simple. Deci, acestea sunt ușor de utilizat, se conectează rapid, oferă performanțe ridicate, structura lor este rigidă, rezistență la șocuri și, de asemenea, nu necesită întreținere.

Topologie ProfiNet

În proiectarea rețelei, flexibilitatea și aspectul sunt principalele caracteristici ale PROFINET. Acceptă opțiuni de combinație aproximativ nelimitate atunci când sunt utilizate toate topologiile Ethernet tipice. Există diferite topologii fundamentale PROFINET acolo, așa că alegerea corectă a topologiei este semnificativă pentru proiectarea instalației de automatizare PROFINET. După acest proiect, topologia trebuie ajustată. Pentru a configura topologia Profinet, pot fi necesare comutatoare suplimentare. Diferitele topologii de bază PROFINET sunt disponibile, cum ar fi topologii stea, arbore și linie.

Topologia stelare

Topologia în stea este adecvată pentru zone care includ extinderea geografică parțială. Această topologie este creată automat dacă numeroase noduri de comunicare sunt aliate unui comutator general. Dacă nodul unui singur PROFINET eșuează sau este detașat, atunci celelalte noduri ale PROFINET vor funcționa continuu. Dar, dacă comutatorul din mijloc eșuează, atunci comunicarea va fi întreruptă cu toate nodurile conectate.

Topologia arborelui

O topologie arborescentă este formată prin conectarea diferitelor rețele stea la o singură rețea. Unitatea funcțională este formată din părțile instalației de automatizare care sunt unite cu puncte stea. Deci acestea sunt interconectate prin intermediul comutatoarelor vecine. În punctul stea, un singur comutator funcționează ca un distribuitor de semnal.

Topologie de linie

Topologia de linie este utilizată pe scară largă în instalațiile de automatizare pentru benzi transportoare și este, de asemenea, utilizată în aplicații pentru mașini mici. Dispozitivele PROFINET sunt echipate cu un comutator integrat pentru a ajuta topologiile de linie în recunoaștere. Odată ce întreruperea liniei are loc atunci când sunt utilizate topologii de linie, atunci dispozitivele aranjate după dispozitivul defectat nu mai pot fi contactate. Deci, acest lucru poate fi evitat prin extinderea liniei la o formă de inel cu un protocol de redundanță.

Avantaje

The Avantajele ProfiNet includ următoarele.

• PROFINET vă oferă cele mai bune modalități de a vă îmbunătăți productivitatea cu patru beneficii importante: flexibilitate, deschidere, performanță și eficiență.
• Disponibilitate și fiabilitate operațională ridicate.
• Accesibilitatea datelor transparente.
• Combinație ușoară și fără erori de sisteme Fieldbus consacrate prin gateway-uri/proxy.
• Are opțiuni de diagnosticare semnificative și detaliate.
• Folosind Profinet, putem executa diferite opțiuni de topologie, cum ar fi stea, linie, inel și arbore.
• Oferă recunoaștere și diagnosticare a topologiei pentru punerea în funcțiune rapidă și eficientă a rețelei.
• Siguranța funcțională a Profibus evită pericolele din cauza funcționării false a utilajelor industriale

Aplicații

The aplicații ale ProfiNe nu includ următoarele.

• PROFINET este utilizat în diferite aplicații, cum ar fi automatizarea proceselor, producția, siguranța și aplicațiile de control al mișcării izocrone.
• PROFINET este utilizat în toate domeniile ingineriei automatizării.
• Aceasta este o soluție industrială Ethernet deschisă bazată pe standarde internaționale utilizate pentru schimbul de date între dispozitive și controlere într-o setare de automatizare.
• Câmpul de proces Net este utilizat de PLC Siemens.
• PROFINET este utilizat în diferite domenii pentru implementarea soluțiilor de automatizare precum automatizarea proceselor, automatizarea clădirilor și automatizarea fabricilor.
• PROFINET este utilizat peste Industrial Ethernet pentru comunicarea de date.
• Este utilizat în general în procesul de automatizare pentru schimbarea și controlul mediilor precum lichide și gaze.
• Acestea sunt, de asemenea, utilizate în diferite domenii, cum ar fi alimentarea cu gaz combustibil, automatizarea și controlul apelor uzate sau tratarea apei.
• Este utilizat pentru procesarea fabricilor din industria băuturilor, fabricilor de lapte și pentru producția de alimente.
• Este aplicabil într-o gamă largă de industrii precum gaz, auto, petrol, logistică și multe altele.

Astfel, despre asta este vorba o privire de ansamblu asupra unui Profinet tehnologie – lucrul cu aplicații. Acesta este cel mai important standard Ethernet industrial de pe piață. Aceasta este o tehnologie orientată spre viitor și stabilită la nivel global, care este susținută de mai mulți furnizori de produse pentru a asigura protecția investițiilor și disponibilitatea pe termen lung. Iată o întrebare pentru tine, ce este Profibus?