Mi az a ProfiNet: Építészet, működés, típusok és alkalmazásai

A Profinet technológiát fejlesztette és publikálta PROFIBUS & PROFINET International 2000 elején. A PROFINET egy innovatív és nyílt szabványú ipari Ethernet megoldás, amelyet a vezérlők és eszközök közötti adatcserére használnak. ipari automatizálás . A PROFINET koncepció egyszerűen kielégíti az ipari automatizálási technológiai követelményeket azáltal, hogy olyan IT szabványokat használ, mint a TCP/IP és XML a terepi eszközök/gépek kommunikációjához, konfigurálásához és diagnosztizálásához. Tehát ez a jól átvett ipari Ethernet megoldás. Tehát ez a cikk rövid tájékoztatást ad a Profibusról – az alkalmazásokkal való munkáról.

Mi az a Profinet?

A PROFINET (process field Net) egy nemzetközi szabványokon alapuló ipari kommunikációs szabvány, amelyet az eszközök és vezérlők közötti adatcserére terveztek egy ipari vezérlőrendszerben. Itt a vezérlők PLC-k, PAC-k vagy DCS-k, míg az eszközök látórendszerek, I/O-blokkok, RFID-olvasók, folyamatműszerek, meghajtók, proxy-k stb. Mivel ez egy nyílt szabvány, sok gyártó tervezett PROFINET-termékeket, például PAC-okat, PLC-k, robotok, meghajtók, IO-k, proxy-k és diagnosztikai eszközök.

Ennek az ipari kommunikációs szabványnak a használatával csatlakoztathatjuk a HMI-t, PLC , Elosztott I/O, a érzékelő , különböző adók , VFD és aktuátorok egyetlen hálózaton. A Profinet gyorsabb válaszidőt biztosít, így az adatgyűjtés még jobb lesz.

Az Industrial Profinet árnyékolással is kapható, amely kiváló teljesítményt nyújt elektromosan zajos környezetben. A Profinet-eszközök azonosításához az eszköznév és az IP-cím alapján kell meghatározni. A hálózaton belül minden eszközt IP-cím alapján kell kijelölni a kommunikációhoz. A Profinet a Profibus-DP-hez hasonlóan távoli I/O-ként használatos, hogy nagyon gyors kommunikációt biztosítson.

A nagyobb hálózatban hálózati kapcsolót használnak a Profinet csatlakoztatására az egyszerű elosztás érdekében. A profinet eszközét érvényes IP-címek azonosítják. Például, ha a profinet eszköz 191.127.0.20 IP-címmel rendelkezik, ahol az első három számjegy hálózati információkat, az utolsó számjegy pedig egy eszközszámot tartalmaz.

ProfiNet architektúra

A PROFINET egy kommunikációs protokoll, amelyet elsősorban a vezérlők, valamint az automatizálási beállításokon belüli eszközök közötti adatcserére terveztek. Tehát ez a legszélesebb körben használt ipari alapú Ethernet megoldás. Mivel a PROFINET egy nyílt szabvány, ezért számos gyártó fejlesztett ki a PROFINET különböző termékeit, például PLC-ket, robotokat, PAC-okat, proxykat, IO-kat, diagnosztikai eszközöket, meghajtókat stb.
A PROFINET egyszerűen meghatározza a ciklikus és aciklikus kommunikációt a különböző összetevők között, mint például a diagnosztika, riasztások, funkcionális biztonság és további információk. Tehát a PROFINET szabványos Ethernetet használ kommunikációs médiumként ezen összetevők csatlakoztatásához.

A hálózatban lévő PROFINET komponensek Ethernet kábelekkel vannak összekötve, és lehetővé teszi más Ethernet protokollok együttélését egy hasonló infrastruktúrában. A PROFINET mellett más Ethernet-alapú protokollokat is használhat a hálózat kiegyensúlyozására, például SNMP, OPC UA, HTTP vagy MQTT.
A ProfiNet architektúra ISO/ OSI modell alább látható. A PROFINET az ISO/OSI mód 7 rétegében él, amely az alkalmazási réteg. Általában ez a hétrétegű ISO/OSI modell egyszerűen meghatározza a kommunikációs rendszer absztrakciós rétegeit.

ProfiNet működik

Az ipari automatizálásnak gyakran nagy sebességű és determinisztikus kommunikációra van szüksége, ami azt jelenti, hogy az üzeneteket pontosan akkor kézbesítik, amikor azok várhatóak. Tehát a PROFINET-nek meg kell győződnie arról, hogy az üzenetek a feladattól függően megfelelő sebességgel és meghatározottsággal érkeznek. De nem minden alkalmazásnak van szüksége hasonló teljesítményre.

A PROFINET különböző kommunikációs csatornákon keresztül szállítja az adatokat a fenti architektúra szerint, hogy biztosítsa a megfelelő teljesítményt, például TCP/IP vagy UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) és TSN (Time Sensitive Networking).

A PROFINET TCP/IP-t használ, egyébként UDP/IP kommunikációt, különösen a nem időre kritikus feladatokhoz, mint például a konfiguráció és a paraméterezés. Az IP-alapú kommunikációhoz kapcsolódó további késleltetés és jitter miatt ez a technika nem megfelelő időkritikus feladatokhoz.

A PROFINET egy RT csatornát használ az adatok nagyon gyors és determinisztikus módon történő szállítására, amelyet az időkritikus alkalmazásokban használnak. A PROFINET RT kielégíti az időkritikus alkalmazások többségének szükségleteit. Tehát az általános teljesítmény elsősorban a hálózat kialakításától függ, azonban 250 µs és 512 ms közötti ciklusidők érhetők el. Tehát nincs szükség speciális konfigurációra vagy hardverre a PROFINET valós idejű mechanizmusának használatához, mert a PROFINET összes terméke fel van szerelve ezzel a kapacitással.

A PROFINET IRT-t a teljesítmény növelésére használják, hogy csökkentsék a változtatható adatkéséseket azáltal, hogy növelik az Ethernet-forgalom átkapcsolására használt szabályokat, és speciális szabályokat hoznak létre a PROFINET forgalmára. Ez az IRT opcionális, és csak pontosan nagy teljesítményű alkalmazásokhoz, például nyomdagépekhez és csomagológépekhez szükséges.

A legújabb PROFINET V2.4 specifikáció elindít egy negyedik kommunikációs csatornát, mint például a PROFINET TSN-en keresztül. Ez egy új technológia, amely az ISO/OSI modell adatkapcsolati rétegén található. Ez egy IEEE 802 szabványkészlet, amelyet az Ethernet alapértelmezés szerint determinisztikussá tételére használnak. Néhány IEEE szabvány; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB és IEEE 802.1Q-2018.

ProfiNet típusok

A Profinet kétféle típusban kapható a használt kábelek alapján, mint például a rézkábelek és optikai kábelek.

Profinet réz kábel

Ez egy zöld színű és 4 vezetékes árnyékolt kábel, amely akár 100 Mbps Fast Ethernetet is támogat 100 méteres távolságban. Ezzel a kábellel Full Duplex átvitel érhető el, ami azt jelenti, hogy az adatok egyidejűleg két irányban továbbíthatók. Ezenkívül az 1 Gbps átviteli sebességhez 8 eres rézkábeleket használnak.

A PROFINET rézkábelek négy típusban kaphatók: A, B, R és C típusú.

• Az A típusú rézkábeleket főként rögzített telepítésekhez használják.
• B típusú rézkábeleket használnak ott, ahol van hajlítás. Az ilyen típusú kábelek ellenállnak a rezgéseknek vagy az alkalmi mozgásoknak.
• Az R típusú rézkábeleket robotalkalmazásokban használják.
• A C típusú rézkábeleket speciális alkalmazásokban használják, és ellenállnak a mozgásnak, valamint a dinamikus környezeteknek. Például forgógépek.
• Vannak más rézkábelek is, mint a mozgó alkatrészekhez használt lehúzó kábelek, a földalatti kommunikációban használt földbe fektetett kábelek és a tűzvédelemre használt égésgátló, nem korrozív kábelek.

Profinet optikai kábelek

Ezek a kábelek két párhuzamos vezetéket használnak, amelyeket közvetlenül a csatlakozók összeszerelésére használnak. Az ilyen típusú kábelek akár 100 Mbit/s sebességgel és full duplex kommunikációval is rendelkeznek.

Az ilyen típusú kábelek számos előnnyel járnak, például kilométeres távolságokat képesek megtenni, és teljes elektromos leválasztást biztosítanak az üzemi régiók között. Ezenkívül ezek a kábelek ellenállnak az elektromágneses interferenciának. Ezek a kábelek kétféle B és C típusú típusban kaphatók, ahol a B típusú kábeleket rugalmas vagy helyhez kötött használatra, a C típusú kábeleket pedig speciális alkalmazásokhoz, például vibrációhoz, állandó mozgáshoz stb.

ProfiNet vs Ethernet

Az különbségek a Profinet és az Ethernet között alább tárgyaljuk.

ProfiNet vs Profibus

Az különbségek a Profinet és a Profibus között alább tárgyaljuk.

Profinet csatlakozó

A Profinet csatlakozókat kifejezetten a profinet kábelek végződéseihez tervezték. Ezek a csatlakozók nagyon népszerűek megfizethetőségük és egyszerű használatuk miatt. Így ezek felhasználóbarátak, gyorsan kapcsolódnak, nagy teljesítményt nyújtanak, szerkezetük merev, ütésálló és karbantartásmentes.

ProfiNet topológia

A hálózattervezésben a rugalmasság és az elrendezés a PROFINET fő jellemzői. Körülbelül korlátlan számú kombinációt támogat, ha minden tipikus Ethernet-topológiát használunk. Különböző alapvető PROFINET-topológiák léteznek, így a helyes topológiaválasztás fontos a PROFINET automatizálási üzem tervezése szempontjából. Ezt követően a topológiát módosítani kell. A profinet topológia beállításához további kapcsolókra lehet szükség. A különböző alapvető PROFINET topológiák, például csillag-, fa- és vonal topológiák állnak rendelkezésre.

Csillag topológia

A csillag topológia részleges földrajzi kiterjedésű területekre alkalmas. Ez a topológia automatikusan létrejön, ha számos kommunikációs csomópont kapcsolódik egy általános kapcsolóhoz. Ha egyetlen PROFINET csomópontja meghibásodik vagy leválik, akkor a PROFINET többi csomópontja folyamatosan működik. De ha a középső kapcsoló meghibásodik, a kommunikáció megszakad az összes csatlakoztatott csomóponttal.

Fa topológia

A fa topológia úgy jön létre, hogy különböző csillaghálózatokat kapcsolunk egyetlen hálózathoz. A funkcionális egységet az automatizálási üzem csillagpontokkal egyesített részei alkotják. Tehát ezek a szomszédos kapcsolókon keresztül vannak hálózatba kötve. A csillagpontban egyetlen kapcsoló jelelosztóként működik.

Vonaltopológia

A vonal topológiát széles körben használják a szállítószalagok automatizálási üzemeiben, és kisgépes alkalmazásokban is használják. A PROFINET készülékei integrált kapcsolóval vannak felszerelve, amely segíti a vonaltopológiák felismerését. Miután vonali topológiák használatakor vonalkimaradás következik be, akkor a meghibásodott eszköz után elhelyezett eszközökkel már nem lehet kapcsolatba lépni. Ez tehát elkerülhető, ha a vonalat redundancia protokollal gyűrű alakúra bővítjük.

Előnyök

Az ProfiNet előnyei a következőket tartalmazzák.

• A PROFINET négy fontos előnnyel: rugalmasság, nyitottság, teljesítmény és hatékonyság a termelékenység növelésének legjobb módjait kínálja.
• Magas működési rendelkezésre állás és megbízhatóság.
• Az átlátszó adatok hozzáférhetősége.
• A kiépített terepibusz-rendszerek egyszerű és hibátlan kombinációja átjárókon/proxykon keresztül.
• Értelmes és részletes diagnosztikai lehetőségekkel rendelkezik.
• A Profinet használatával különböző topológia opciókat hajthatunk végre, például csillag, vonal, gyűrű és fa.
• Topológia felismerést és diagnosztikát kínál a gyors és szakszerű hálózati üzembe helyezéshez.
• A Profibus funkcionális biztonsága elkerüli az ipari gépek hibás működéséből adódó veszélyeket

Alkalmazások

Az a ProfiNe alkalmazásai t tartalmazza a következőket.

• A PROFINET-et különböző alkalmazásokban használják, például folyamatautomatizálási, gyártási, biztonsági és izokron mozgásvezérlő alkalmazásokban.
• A PROFINET-et minden automatizálási területen használják.
• Ez egy nemzetközi szabványokon alapuló, nyílt ipari Ethernet-megoldás, amelyet az eszközök és vezérlők közötti adatcserére használnak automatizálási beállításokon belül.
• A Net folyamatmezőt a Siemens PLC használja.
• A PROFINET-et különböző területeken használják olyan automatizálási megoldások megvalósítására, mint a folyamatautomatizálás, épületautomatizálás és gyárautomatizálás.
• A PROFINET-et ipari Etherneten keresztül használják adatkommunikációra.
• Általában az automatizálási folyamatban használják közegek, például folyadékok és gázok megváltoztatására és vezérlésére.
• Ezeket különböző területeken is használják, mint például az üzemanyag-gázellátás, a szennyvíz- vagy vízkezelés automatizálása és vezérlése.
• Üzemek feldolgozására az italiparban, tejüzemekben és élelmiszergyártásban használják.
• Az iparágak széles körében alkalmazható, mint például a gázipar, az autóipar, az olajipar, a logisztika és még sok más.

Tehát erről szól az egész egy Profinet áttekintése technológia – alkalmazásokkal való munka. Ez a legfontosabb ipari Ethernet szabvány a piacon. Ez egy jövőorientált, globálisan bevezetett technológia, amelyet számos termékszállító támogat a befektetések védelmének és a hosszú távú elérhetőségnek a biztosítása érdekében. Itt egy kérdés, hogy mi az a Profibus?