Čo je ProfiNet: Architektúra, práca, typy a jej aplikácie

Technológia Profinet bola vyvinutá a publikovaná spoločnosťou PROFIBUS & PROFINET International začiatkom roku 2000. PROFINET je inovatívne riešenie priemyselného Ethernetu s otvoreným štandardom používané na výmenu údajov medzi ovládačmi a zariadeniami v priemyselná automatizácia . Koncept PROFINET jednoducho uspokojuje všetky požiadavky technológie priemyselnej automatizácie pomocou IT štandardov ako TCP/IP a XML na komunikáciu, konfiguráciu a diagnostiku zariadení/strojov v teréne. Ide teda o dobre prijaté riešenie priemyselného Ethernetu. Takže tento článok poskytuje stručné informácie o Profibus – práci s aplikáciami.

Čo je to Profinet?

PROFINET (process field Net) je priemyselný komunikačný štandard založený na medzinárodných štandardoch, ktorý je určený na výmenu dát medzi zariadeniami a ovládačmi v priemyselnom riadiacom systéme. Riadiacimi jednotkami sú tu PLC,  PAC alebo DCS, zatiaľ čo zariadenia sú systémy videnia, I/O bloky, čítačky RFID, procesné nástroje, pohony, servery proxy atď. Keďže ide o otvorený štandard, mnohí výrobcovia navrhli produkty PROFINET, ako sú PAC, PLC, roboty, pohony, IO, proxy a diagnostické nástroje.

Pomocou tohto štandardu priemyselnej komunikácie môžeme pripojiť HMI, PLC , Distribuované I/O, a senzor , rôzne vysielače , VFD a pohony v jednej sieti. Profinet poskytuje rýchlejšiu odozvu, čím sa zber údajov ešte zlepší.

Industrial Profinet je k dispozícii s tienením, ktoré poskytuje vynikajúci výkon v elektricky hlučnom prostredí. Na identifikáciu zariadení Profinet by mal byť definovaný názvom zariadenia s IP adresou. Každému zariadeniu v sieti by mala byť pridelená adresa IP, aby mohla komunikovať. Profinet sa používa ako vzdialený I/O podobne ako Profibus-DP na poskytovanie veľmi rýchlej rýchlosti komunikácie.

Vo väčšej sieti sa na pripojenie Profinetu pre jednoduchú distribúciu používa sieťový prepínač. Zariadenie profinet je identifikované prostredníctvom platných IP adries. Napríklad, ak má zariadenie profinet IP adresu 191.127.0.20, kde prvé tri číslice obsahujú informácie o sieti a posledná číslica je číslo zariadenia.

Architektúra ProfiNet

PROFINET je komunikačný protokol, ktorý je určený hlavne na výmenu dát medzi ovládačmi, ako aj zariadeniami v rámci automatizácie. Ide teda o najrozšírenejšie priemyselné riešenie Ethernet. Keďže PROFINET je otvorený štandard, množstvo výrobcov vyvinulo rôzne produkty PROFINET, ako sú PLC, roboty, PAC, proxy, IO, diagnostické nástroje, pohony atď.
PROFINET jednoducho definuje cyklickú a acyklickú komunikáciu medzi rôznymi komponentmi, ako sú diagnostika, alarmy, funkčná bezpečnosť a ďalšie informácie. PROFINET teda používa štandardný Ethernet ako komunikačné médium na pripojenie týchto komponentov.

Komponenty PROFINET v sieti sú prepojené ethernetovými káblami, čo umožňuje koexistenciu iných ethernetových protokolov v podobnej infraštruktúre. Okrem PROFINETu môžete na vyváženie siete použiť aj iné protokoly založené na Ethernete, ako sú SNMP, OPC UA, HTTP alebo MQTT.
Architektúra ProfiNet založená na ISO/ OSI model je znázornené nižšie. PROFINET žije v 7 vrstvách režimu ISO/OSI, čo je aplikačná vrstva. Vo všeobecnosti tento sedemvrstvový model ISO/OSI jednoducho definuje abstraktné vrstvy komunikačného systému.

ProfiNet funguje

Priemyselná automatizácia často potrebuje vysokorýchlostnú, ako aj deterministickú komunikáciu, čo znamená doručovať správy presne vtedy, keď sa očakávajú. PROFINET by sa teda mal uistiť, že správy sa doručujú vhodnou rýchlosťou a determinizmom na základe úlohy. Nie všetky aplikácie však potrebujú podobný výkon.

PROFINET dodáva dáta pomocou rôznych komunikačných kanálov, ako je znázornené vo vyššie uvedenej architektúre, aby sa zabezpečil vhodný výkon ako napr TCP/IP alebo UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time), IRT (Izochronous Real-Time) a TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET využíva TCP/IP alebo UDP/IP komunikáciu, najmä pre časovo kritické úlohy, ako je konfigurácia a parametrizácia. Kvôli dodatočnej latencii a jitteru spojenej s komunikáciou založenou na IP je táto technika nevhodná pre časovo kritické úlohy.

PROFINET využíva kanál RT na doručovanie údajov veľmi rýchlym a deterministickým spôsobom na použitie v časovo kritických aplikáciách. PROFINET RT spĺňa potreby väčšiny časovo kritických aplikácií. Celkový výkon teda závisí hlavne od dizajnu siete, môžete však dosiahnuť časy cyklu od 250 µs – 512 ms. Na využitie mechanizmu reálneho času PROFINETu teda nepotrebujete špeciálnu konfiguráciu alebo hardvér, pretože všetky produkty PROFINETu sú vybavené touto kapacitou.

PROFINET IRT sa používa na zvýšenie výkonu tak, že znižuje premenlivé oneskorenia údajov zvýšením pravidiel používaných na prepínanie ethernetovej prevádzky a tiež vytváraním špeciálnych pravidiel pre prevádzku PROFINET. Toto IRT je voliteľné a vyžaduje sa iba v presných aplikáciách založených na vysokom výkone, ako sú tlačové lisy a baliace stroje.

Najnovšia špecifikácia PROFINET V2.4 spúšťa štvrtý komunikačný kanál ako PROFINET cez TSN. Ide o novú technológiu, ktorá je umiestnená na vrstve dátového spojenia v modeli ISO/OSI. Ide o súbor štandardov IEEE 802, ktorý sa používa na to, aby bol Ethernet štandardne deterministický. Niektoré z noriem IEEE sú; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018.

Typy ProfiNet

Profinety sú dostupné v dvoch typoch na základe použitých káblov, ako sú medené káble a káble z optických vlákien.

Medený kábel Profinet

Ide o zeleno sfarbený a 4-žilový tienený kábel, ktorý podporuje až 100 Mbps Fast Ethernet na vzdialenosť 100 metrov. Použitím tohto kábla sa dosiahne Full Duplex prenos, čo znamená, že dáta sa prenášajú v dvoch smeroch súčasne. Okrem toho sa pre prenosové rýchlosti 1 Gbps používajú 8-žilové medené káble.

Medené káble PROFINET sú dostupné v štyroch typoch typu A, typu B, typu R a typu C.

• Medené káble typu A sa používajú hlavne na pevné inštalácie.
• Medené káble typu B sa používajú tam, kde je prítomné ohýbanie. Tieto typy káblov môžu odolávať vibráciám alebo občasnému pohybu.
• Medené káble typu R sa používajú v robotických aplikáciách.
• Medené káble typu C sa používajú v špecializovaných aplikáciách a dokážu odolávať pohybu aj dynamickým prostrediam. Napríklad rotačné stroje.
• Existujú aj iné medené káble, ako sú vlečné káble používané na pohyblivé časti, podzemné káble používané v podzemnej komunikácii a nehorľavé nekorozívne káble používané na požiarnu ochranu.

Káble z optických vlákien Profinet

Tieto káble používajú dva paralelné vodiče, ktoré sa používajú priamo na montáž konektorov. Tieto typy káblov majú rýchlosť až 100 Mbit/s a tiež plne duplexnú komunikáciu.

Tieto typy káblov poskytujú mnoho výhod, napríklad dokážu pokryť kilometre vzdialeností a poskytujú úplnú elektrickú izoláciu medzi oblasťami závodu. Okrem toho sú tieto káble odolné voči elektromagnetickému rušeniu. Tieto káble sú dostupné v dvoch typoch typu B a typu C, pričom káble typu B sa používajú na flexibilné alebo stacionárne použitie a káble typu C sa používajú na špeciálne aplikácie, ako sú vibrácie, trvalý pohyb atď.

ProfiNet vs Ethernet

The rozdiely medzi Profinetom a Ethernetom sú diskutované nižšie.

ProfiNet vs Profibus

The rozdiely medzi Profinet a Profibus sú diskutované nižšie.

Profinet konektor

Profinet konektory sú špeciálne navrhnuté pre koncovky profinet káblov. Tieto konektory sú veľmi obľúbené pre svoju cenovú dostupnosť a tiež jednoduché použitie. Sú teda užívateľsky prívetivé, rýchlo sa pripájajú, poskytujú vysoký výkon, ich konštrukcia je pevná, odolná voči nárazom a tiež bezúdržbová.

Topológia ProfiNet

Pri návrhu siete sú flexibilita a rozloženie hlavnými črtami PROFINET. Podporuje približne neobmedzené možnosti kombinácií pri použití všetkých typických ethernetových topológií. Existujú rôzne základné topológie PROFINET, takže správny výber topológie je dôležitý pre návrh automatizačného zariadenia PROFINET. Po tomto návrhu je potrebné upraviť topológiu. Na nastavenie topológie profinet môžu byť potrebné ďalšie prepínače. K dispozícii sú rôzne základné topológie PROFINET ako hviezdicové, stromové a líniové topológie.

Topológia hviezdy

Hviezdicová topológia je vhodná pre oblasti s čiastočným geografickým rozšírením. Táto topológia sa vytvára automaticky, ak je k všeobecnému prepínaču pripojených viacero komunikačných uzlov. Ak uzol jedného PROFINET zlyhá alebo je odpojený, ostatné uzly PROFINET budú fungovať nepretržite. Ak však zlyhá stredný prepínač, komunikácia sa preruší so všetkými pripojenými uzlami.

Topológia stromu

Stromová topológia sa vytvára spojením rôznych hviezdicových sietí do jednej siete. Funkčný celok tvoria časti automatizačného zariadenia, ktoré sú spojené do hviezdicových bodov. Takže tieto sú prepojené cez susedné prepínače. V hviezdnom bode funguje jeden spínač ako rozdeľovač signálu.

Linková topológia

Topológia linky je široko používaná v automatizačných zariadeniach pre dopravné pásy a používa sa aj v malých strojových aplikáciách. Zariadenia PROFINET sú vybavené integrovaným prepínačom, ktorý pomáha rozpoznať topológie linky. Akonáhle dôjde k prerušeniu linky pri použití topológie linky, potom už nie je možné nadviazať kontakt so zariadeniami usporiadanými po zlyhanom zariadení. Dá sa tomu vyhnúť rozšírením linky na kruhovú formu s protokolom redundancie.

Výhody

The Výhody ProfiNet zahŕňajú nasledujúce.

• PROFINET vám poskytuje najlepšie spôsoby, ako zlepšiť vašu produktivitu, so štyrmi dôležitými výhodami – flexibilita, otvorenosť, výkon a efektívnosť.
• Vysoká prevádzková dostupnosť a spoľahlivosť.
• Dostupnosť transparentných údajov.
• Jednoduchá a bezchybná kombinácia zavedených Fieldbus systémov cez brány/proxy.
• Má zmysluplné a podrobné diagnostické možnosti.
• Pomocou Profinet môžeme vykonávať rôzne možnosti topológie, ako je hviezda, čiara, kruh a strom.
• Ponúka rozpoznávanie a diagnostiku topológie pre rýchle a efektívne uvedenie siete do prevádzky.
• Funkčná bezpečnosť systému Profibus zabraňuje nebezpečenstvám v dôsledku nesprávneho fungovania priemyselných strojov

Aplikácie

The aplikácie ProfiNe t zahŕňajú nasledujúce.

• PROFINET sa používa v rôznych aplikáciách, ako je automatizácia procesov, výroba, bezpečnosť a aplikácie izochrónneho riadenia pohybu.
• PROFINET sa používa vo všetkých oblastiach automatizácie.
• Toto je otvorené riešenie priemyselného Ethernetu založené na medzinárodných štandardoch používaných na výmenu údajov medzi zariadeniami a ovládačmi v rámci automatizácie.
• Procesné pole Net používa Siemens PLC.
• PROFINET sa používa v rôznych oblastiach na implementáciu automatizačných riešení, ako je automatizácia procesov, automatizácia budov a automatizácia tovární.
• PROFINET sa používa cez priemyselný Ethernet na dátovú komunikáciu.
• Vo všeobecnosti sa používa v procese automatizácie na výmenu a kontrolu médií, ako sú kvapaliny a plyny.
• Používajú sa aj v rôznych oblastiach, ako je dodávka palivového plynu, automatizácia a riadenie odpadových vôd alebo úprava vody.
• Používa sa na spracovanie závodov v nápojovom priemysle, mliekarňach a na výrobu potravín.
• Je použiteľný v širokej škále priemyselných odvetví, ako je plynárenstvo, automobilový priemysel, ropa, logistika a mnoho ďalších.

Ide teda o všetko prehľad Profinet technológia – práca s aplikáciami. Toto je najdôležitejší štandard priemyselného Ethernetu na trhu. Ide o technológiu orientovanú na budúcnosť a etablovanú celosvetovo, ktorú podporujú viacerí predajcovia produktov na zabezpečenie ochrany investícií a dlhodobej dostupnosti. Tu je otázka pre vás, čo je Profibus?