Co je ProfiNet: Architektura, práce, typy a její aplikace

Technologie Profinet byla vyvinuta a publikována společností PROFIBUS & PROFINET International na začátku roku 2000. PROFINET je inovativní řešení průmyslového Ethernetu s otevřeným standardem používané pro výměnu dat mezi řídicími jednotkami a zařízeními v průmyslová automatizace . Koncepce PROFINET jednoduše uspokojuje všechny požadavky na technologii průmyslové automatizace pomocí IT standardů jako TCP/IP a XML pro komunikaci, konfiguraci a diagnostiku provozních zařízení/strojů. Jde tedy o dobře přijaté řešení průmyslového Ethernetu. Tento článek tedy poskytuje stručné informace o Profibus – práci s aplikacemi.

Co je Profinet?

PROFINET (process field Net) je průmyslový komunikační standard založený na mezinárodních standardech, který je navržen pro výměnu dat mezi zařízeními a regulátory v průmyslovém řídicím systému. Zde jsou řídicími jednotkami PLC,  PAC nebo DCS, zatímco zařízení jsou systémy vidění, I/O bloky, čtečky RFID, procesní nástroje, pohony, proxy atd. Protože se jedná o otevřený standard, mnoho výrobců navrhlo produkty PROFINET, jako jsou PAC, PLC, roboty, pohony, IO, proxy a diagnostické nástroje.

Pomocí tohoto průmyslového komunikačního standardu můžeme připojit HMI, PLC , Distribuované I/O, a senzor , odlišný vysílače , VFD a akční členy v jedné síti. Profinet poskytuje rychlejší dobu odezvy, takže sběr dat je ještě lepší.

Industrial Profinet je k dispozici se stíněním, které poskytuje vynikající výkon v elektricky hlučném prostředí. Pro identifikaci zařízení Profinet by mělo být definováno názvem zařízení s IP adresou. Každé zařízení v síti by mělo být pro komunikaci přiděleno podle IP adresy. Profinet se používá jako vzdálené I/O podobně jako Profibus-DP pro zajištění velmi rychlé komunikace.

Ve větší síti se pro připojení Profinetu pro jednoduchou distribuci používá síťový přepínač. Zařízení profinet je identifikováno pomocí platných IP adres. Například, pokud má zařízení profinet IP adresu 191.127.0.20, kde první tři číslice obsahují informace o síti a poslední číslice je číslo zařízení.

Architektura ProfiNet

PROFINET je komunikační protokol, který je určen především pro výměnu dat mezi řídicími jednotkami a zařízeními v rámci automatizačního nastavení. Jedná se tedy o nejrozšířenější průmyslové řešení Ethernet. Protože PROFINET je otevřený standard, řada výrobců vyvinula různé produkty PROFINET, jako jsou PLC, roboty, PAC, proxy, IO, diagnostické nástroje, pohony atd.
PROFINET jednoduše definuje cyklickou a acyklickou komunikaci mezi různými komponenty, jako je diagnostika, alarmy, funkční bezpečnost a další informace. PROFINET tedy používá jako komunikační médium pro připojení těchto komponent standardní Ethernet.

Komponenty PROFINET v síti jsou propojeny ethernetovými kabely a umožňují koexistenci dalších ethernetových protokolů v podobné infrastruktuře. Kromě PROFINETu můžete k vyvážení sítě použít další protokoly založené na Ethernetu, jako je SNMP, OPC UA, HTTP nebo MQTT.
Architektura ProfiNet založená na ISO/ OSI model je zobrazen níže. PROFINET žije v 7 vrstvách režimu ISO/OSI, což je aplikační vrstva. Obecně tento sedmivrstvý model ISO/OSI jednoduše definuje abstraktní vrstvy komunikačního systému.

ProfiNet funguje

Průmyslová automatizace často potřebuje vysokorychlostní a deterministickou komunikaci, což znamená doručovat zprávy přesně, jakmile jsou očekávány. Proto by měl PROFINET zajistit, aby byly zprávy doručovány vhodnou rychlostí a determinismem na základě úlohy. Ne všechny aplikace ale potřebují podobný výkon.

PROFINET dodává data pomocí různých komunikačních kanálů, jak je znázorněno na výše uvedené architektuře, aby byl zajištěn vhodný výkon jako TCP/IP nebo UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time), IRT (Isochronous Real-Time) a TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET využívá TCP/IP nebo UDP/IP komunikaci, zejména pro časově kritické úlohy, jako je konfigurace a parametrizace. Kvůli dodatečné latenci a jitteru spojenému s komunikací založenou na IP je tato technika nevhodná pro časově kritické úkoly.

PROFINET používá RT kanál pro doručování dat velmi rychlým a deterministickým způsobem pro použití v časově kritických aplikacích. PROFINET RT splňuje potřeby většiny časově kritických aplikací. Celkový výkon tedy závisí především na návrhu sítě, můžete však dosáhnout doby cyklu od 250 µs – 512 ms. K využití mechanismu PROFINET v reálném čase tedy nepotřebujete speciální konfiguraci nebo hardware, protože všechny produkty PROFINET jsou touto kapacitou vybaveny.

PROFINET IRT se používá ke zvýšení výkonu tak, že snižuje proměnná zpoždění dat zvýšením pravidel používaných pro přepínání ethernetového provozu a také vytvářením speciálních pravidel pro provoz PROFINET. Toto IRT je volitelné a je vyžadováno pouze v přesných vysoce výkonných aplikacích, jako jsou tiskové lisy a balicí stroje.

Nejnovější specifikace PROFINET V2.4 spouští čtvrtý komunikační kanál jako PROFINET přes TSN. Jedná se o novou technologii, která sedí na vrstvě datového spojení v modelu ISO/OSI. Jedná se o sadu standardů IEEE 802, která se používá k tomu, aby byl Ethernet ve výchozím nastavení deterministický. Některé ze standardů IEEE jsou; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018.

Typy ProfiNet

Profinety jsou k dispozici ve dvou typech na základě použitých kabelů, jako jsou měděné kabely a kabely z optických vláken.

Profinet měděný kabel

Jedná se o zeleně zbarvený a 4vodičový stíněný kabel a podporuje až 100 Mbps Fast Ethernet na vzdálenost 100 metrů. Použitím tohoto kabelu je dosaženo Full Duplex přenosu, což znamená, že data jsou přenášena ve dvou směrech současně. Kromě toho se pro přenosové rychlosti 1 Gbps používají 8žilové měděné kabely.

Měděné kabely PROFINET jsou k dispozici ve čtyřech typech typu A, typu B, typu R a typu C.

• Měděné kabely typu A se používají hlavně pro pevné instalace.
• Měděné kabely typu B se používají tam, kde je přítomno ohebné. Tyto typy kabelů mohou odolat vibracím nebo občasnému pohybu.
• Měděné kabely typu R se používají v aplikacích robotů.
• Měděné kabely typu C se používají ve specializovaných aplikacích a mohou odolat pohybu i dynamickému prostředí. Například rotační stroje.
• Existují také další měděné kabely, jako jsou vlečné kabely používané pro pohyblivé části, podzemní kabely používané v podzemní komunikaci a nehořlavé nekorozivní kabely používané pro požární ochranu.

Optické kabely Profinet

Tyto kabely používají dva paralelní vodiče, které se používají přímo pro montáž konektorů. Tyto typy kabelů mají rychlost až 100 Mbit/s a také plně duplexní komunikaci.

Tyto typy kabelů poskytují mnoho výhod, například mohou pokrýt kilometry vzdáleností a poskytují úplnou elektrickou izolaci mezi oblastmi závodu. Tyto kabely jsou navíc odolné vůči elektromagnetickému rušení. Tyto kabely jsou k dispozici ve dvou typech typu B a typu C, kde kabely typu B se používají pro flexibilní nebo stacionární použití a kabely typu C se používají pro speciální aplikace, jako jsou vibrace, trvalý pohyb atd.

ProfiNet vs Ethernet

The rozdíly mezi Profinetem a Ethernetem jsou diskutovány níže.

ProfiNet vs Profibus

The rozdíly mezi Profinet a Profibus jsou diskutovány níže.

Profinet konektor

Profinet konektory jsou speciálně navrženy pro zakončení profinet kabelů. Tyto konektory jsou velmi oblíbené pro svou cenovou dostupnost a také jednoduché použití. Jsou tedy uživatelsky přívětivé, rychle se připojují, poskytují vysoký výkon, jejich konstrukce je tuhá, odolná proti nárazům a také bezúdržbová.

Topologie ProfiNet

Při návrhu sítě jsou hlavními rysy PROFINET flexibilita a uspořádání. Podporuje přibližně neomezené možnosti kombinací při použití všech typických ethernetových topologií. Existují různé základní topologie PROFINET, takže správný výběr topologie je důležitý pro návrh automatizačního závodu PROFINET. Po tomto návrhu je třeba upravit topologii. Pro nastavení topologie profinet mohou být vyžadovány další přepínače. K dispozici jsou různé základní topologie PROFINET jako hvězdicové, stromové a liniové topologie.

Topologie hvězdy

Hvězdicová topologie je vhodná pro oblasti s částečným geografickým rozšířením. Tato topologie je vytvořena automaticky, pokud je k obecnému přepínači připojeno mnoho komunikačních uzlů. Pokud uzel jednoho sběrnice PROFINET selže nebo je odpojen, ostatní uzly sítě PROFINET budou pracovat nepřetržitě. Pokud však selže prostřední přepínač, bude komunikace přerušena se všemi připojenými uzly.

Topologie stromu

Stromová topologie je tvořena spojením různých hvězdicových sítí do jediné sítě. Funkční celek tvoří části automatizačního zařízení, které jsou spojeny do hvězdicových bodů. Jsou tedy vzájemně propojeny prostřednictvím sousedních přepínačů. V hvězdném bodě funguje jediný spínač jako distributor signálu.

Liniová topologie

Topologie linky je široce používána v automatizačních závodech pro dopravní pásy a používá se také v malých strojích. Zařízení PROFINET jsou vybavena integrovaným přepínačem, který napomáhá rozpoznání topologií vedení. Jakmile dojde k přerušení linky při použití topologie linky, zařízení uspořádaná za vadným zařízením již nelze navázat kontakt. Tomu se lze tedy vyhnout rozšířením linky na kruhovou formu s protokolem redundance.

Výhody

The Výhody ProfiNet zahrnout následující.

• PROFINET vám poskytuje nejlepší způsoby, jak zlepšit vaši produktivitu, se čtyřmi důležitými výhodami – flexibilita, otevřenost, výkon a efektivita.
• Vysoká provozní dostupnost a spolehlivost.
• Dostupnost transparentních dat.
• Snadná a bezchybná kombinace zavedených systémů Fieldbus přes brány / proxy.
• Má smysluplné a podrobné diagnostické možnosti.
• Pomocí Profinetu můžeme provádět různé možnosti topologie, jako je hvězda, čára, prstenec a strom.
• Nabízí rozpoznání a diagnostiku topologie pro rychlé a kvalifikované uvedení sítě do provozu.
• Funkční bezpečnost sběrnice Profibus zabraňuje rizikům způsobeným nesprávným fungováním průmyslových strojů

Aplikace

The aplikace ProfiNe t zahrnují následující.

• PROFINET se používá v různých aplikacích, jako je automatizace procesů, výroba, bezpečnost a aplikace izochronního řízení pohybu.
• PROFINET se používá ve všech oblastech automatizace.
• Jedná se o otevřené řešení průmyslového Ethernetu založené na mezinárodních standardech používaných pro výměnu dat mezi zařízeními a řídicími jednotkami v rámci automatizačního nastavení.
• Procesní pole Net používá Siemens PLC.
• PROFINET se používá v různých oblastech pro implementaci automatizačních řešení, jako je automatizace procesů, automatizace budov a automatizace továren.
• PROFINET se používá přes průmyslový Ethernet pro datovou komunikaci.
• Obecně se používá v procesu automatizace pro výměnu a řízení médií, jako jsou kapaliny a plyny.
• Používají se také v různých oblastech, jako je dodávka palivového plynu, automatizace a řízení odpadních vod nebo čištění vody.
• Používá se ke zpracování závodů v nápojovém průmyslu, mlékárnách a při výrobě potravin.
• Je použitelný v celé řadě průmyslových odvětví, jako je plynárenství, automobilový průmysl, ropa, logistika a mnoho dalších.

Tak, to je všechno o přehled o Profinetu technologie – práce s aplikacemi. Toto je nejdůležitější standard průmyslového Ethernetu na trhu. Jedná se o technologii orientovanou na budoucnost a zavedenou po celém světě, která je podporována několika prodejci produktů pro zajištění ochrany investic a dlouhodobé dostupnosti. Zde je pro vás otázka, co je Profibus?