Какво е ProfiNet: архитектура, работа, видове и нейните приложения

Технологията Profinet е разработена и публикувана от PROFIBUS & PROFINET International в началото на 2000 г. PROFINET е иновативно и отворено стандартно индустриално Ethernet решение, използвано за обмен на данни между контролери и устройства в индустриална автоматизация . Концепцията PROFINET просто удовлетворява всички изисквания на технологиите за индустриална автоматизация чрез използване на ИТ стандарти като TCP/IP & XML за комуникация, конфигуриране и диагностика на полеви устройства/машини. И така, това е добре възприето индустриално Ethernet решение. И така, тази статия дава кратка информация за Profibus – работа с приложения.

Какво е Profinet?

PROFINET (процесно поле Net) е индустриален комуникационен стандарт, базиран на международни стандарти, които са предназначени за обмен на данни между устройства и контролери в индустриална система за управление. Тук контролерите са PLC, PAC или DCS, докато устройствата са системи за визуализация, I/O блокове, RFID четци, инструменти за процеси, устройства, проксита и т.н. Тъй като това е отворен стандарт, толкова много производители са проектирали PROFINET продукти като PAC, PLC, роботи, устройства, IO, прокси и диагностични инструменти.

Използвайки този индустриален комуникационен стандарт, можем да свържем HMI, PLC , Разпределен I/O, a сензор , различно предаватели , VFD и задвижки в една мрежа. Profinet осигурява по-бързо време за реакция, като по този начин събирането на данни става още по-добро.

Industrial Profinet се предлага с екраниране, което осигурява превъзходна производителност в среда с електрически шум. За да идентифицирате Profinet устройствата, те трябва да бъдат дефинирани чрез име на устройство с IP адрес. Всяко устройство в мрежата трябва да бъде разпределено по IP адрес за комуникация. Profinet се използва като дистанционен I/O, подобен на Profibus-DP, за да осигури много бърза комуникация.

В по-голямата мрежа се използва мрежов комутатор за свързване на Profinet за просто разпространение. Устройството на profinet се идентифицира чрез валидни IP адреси. Например, ако profinet устройството има IP адрес 191.127.0.20, където първите три цифри включват мрежова информация, а последната цифра е номер на устройство.

ProfiNet архитектура

PROFINET е комуникационен протокол, който е предназначен основно за обмен на данни между контролери, както и устройства в рамките на автоматизирана настройка. Така че това е най-широко използваното индустриално базирано Ethernet решение. Тъй като PROFINET е отворен стандарт, редица производители са разработили различни продукти на PROFINET като PLC, роботи, PAC, проксита, IO, инструменти за диагностика, устройства и др.
PROFINET просто дефинира циклична и ациклична комуникация между различни компоненти като диагностика, аларми, функционална безопасност и допълнителна информация. Така PROFINET използва стандартен Ethernet като комуникационна среда за свързване на тези компоненти.

Компонентите на PROFINET в мрежата са свързани с Ethernet кабели и това позволява други Ethernet протоколи да съществуват съвместно в подобна инфраструктура. В допълнение към PROFINET, можете да използвате други протоколи, базирани на Ethernet, за да балансирате мрежата като SNMP, OPC UA, HTTP или MQTT.
Архитектурата на ProfiNet, базирана на ISO/ OSI модел е показано по-долу. PROFINET живее на 7 слоя от режима ISO/OSI, който е приложният слой. Като цяло този седемслоен ISO/OSI модел просто дефинира абстракционните слоеве на комуникационната система.

ProfiNet работи

Индустриалната автоматизация често се нуждае от високоскоростна, както и детерминистична комуникация, което означава доставяне на съобщения точно след като се очакват. Така че PROFINET трябва да гарантира, че съобщенията се доставят с подходяща скорост и детерминизъм въз основа на задачата. Но не всички приложения се нуждаят от подобна производителност.

PROFINET доставя данни, използвайки различни комуникационни канали, както е показано в горната архитектура, за да осигури подходяща производителност като TCP/IP или UDP/IP, RT (PROFINET в реално време) IRT (изохронно в реално време) и TSN (чувствителна към времето мрежа).

PROFINET използва TCP/IP, иначе UDP/IP комуникация, особено за задачи, които не са критични за времето, като конфигурация, както и параметризиране. Поради допълнителното забавяне и трептене, свързани с комуникация, базирана на IP, тази техника е неподходяща за критични за времето задачи.

PROFINET използва RT канал за доставяне на данни по много бърз и детерминистичен начин за използване в приложения, базирани на критично време. PROFINET RT отговаря на нуждите на повечето критични във времето приложения. Така че цялостната производителност зависи главно от дизайна на мрежата, но можете да постигнете времена на цикъл от 250 µs – 512 ms. Така че не се нуждаете от специална конфигурация или хардуер, за да използвате механизма в реално време на PROFINET, тъй като всички продукти на PROFINET са оборудвани с този капацитет.

PROFINET IRT се използва за увеличаване на производителността, така че да намалява променливите закъснения на данните чрез увеличаване на правилата, използвани за превключване на Ethernet трафик и също така създаване на специални правила за трафика на PROFINET. Този IRT не е задължителен и се изисква само в точно базирани на висока производителност приложения като печатарски преси и опаковъчни машини.

Най-новата PROFINET спецификация V2.4 стартира четвърти комуникационен канал като PROFINET през TSN. Това е нова технология, която се намира на слоя за връзка за данни в модела ISO/OSI. Това е набор от стандарти IEEE 802, който се използва, за да направи Ethernet детерминистичен по подразбиране. Някои от стандартите на IEEE са; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018.

Видове ProfiNet

Profinets се предлагат в два типа на базата на кабели, използвани като медни кабели и оптични кабели.

Profinet меден кабел

Това е оцветен в зелено и 4-жилен екраниран кабел и поддържа до 100 Mbps Fast Ethernet на 100 метра разстояние. Чрез използването на този кабел се постига пълно дуплексно предаване, което означава, че данните се предават в две посоки едновременно. В допълнение, за скорости на предаване от 1 Gbps се използват 8-жилни медни кабели.

Медните кабели PROFINET се предлагат в четири вида тип-A, тип-B, тип-R и тип-C.

• Медните кабели тип А се използват главно за фиксирани инсталации.
• Медни кабели тип B се използват там, където има огъване. Тези видове кабели могат да издържат на вибрации или случайни движения.
• Медните кабели Type-R се използват в приложения на роботи.
• Медните кабели тип C се използват в специализирани приложения и могат да издържат на движение, както и на динамична среда. Например ротационни машини.
• Има и други медни кабели като влачещи се кабели, използвани за движещи се части, заровени кабели, използвани в подземни комуникации, и забавящи горенето некорозивни кабели, използвани за противопожарна защита.

Оптични кабели Profinet

Тези кабели използват два успоредни проводника, които се използват за директно сглобяване на съединители. Тези видове кабели имат до 100 Mbit/s скорости и също пълна дуплексна комуникация.

Тези видове кабели предоставят много предимства, като например могат да покриват километри разстояния и осигуряват пълна електрическа изолация между регионите на завода. В допълнение, тези кабели са устойчиви на електромагнитни смущения. Тези кабели се предлагат в два типа тип B и тип C, където кабелите тип B се използват за гъвкава или стационарна употреба, а кабелите тип C се използват за специални приложения като вибрации, постоянно движение и др.

ProfiNet срещу Ethernet

The разлики между Profinet и Ethernet са обсъдени по-долу.

ProfiNet срещу Profibus

The разлики между Profinet и Profibus са обсъдени по-долу.

Profinet конектор

Конекторите Profinet са специално проектирани за накрайници на Profinet кабели. Тези конектори са много популярни поради тяхната достъпност и лесна употреба. Така че те са лесни за употреба, свързват се бързо, осигуряват висока производителност, структурата им е твърда, устойчива на удар и също така не изисква поддръжка.

ProfiNet топология

При проектирането на мрежата гъвкавостта и оформлението са основните характеристики на PROFINET. Той поддържа приблизително неограничени опции за комбиниране, когато се използват всички типични Ethernet топологии. Там има различни фундаментални топологии на PROFINET, така че правилният избор на топология е важен за проектирането на инсталацията за автоматизация на PROFINET. След този дизайн топологията трябва да се коригира. За да настроите топологията profinet, може да са необходими допълнителни превключватели. Различните основни PROFINET топологии са налични като звезда, дърво и линейна топология.

Звездна топология

Топологията на звездата е подходяща за области, включващи частично географско разширение. Тази топология се създава автоматично, ако множество комуникационни възли са свързани с общ комутатор. Ако възелът на един PROFINET се повреди или бъде отделен, тогава другите възли на PROFINET ще работят непрекъснато. Но ако средният превключвател се повреди, тогава комуникацията ще бъде прекъсната към всички свързани възли.

Дървовидна топология

Дървовидната топология се формира чрез свързване на различни звездни мрежи към една мрежа. Функционалната единица се формира от частите на инсталацията за автоматизация, които са обединени към звездни точки. Така че те са свързани в мрежа чрез съседни комутатори. В звездна точка един превключвател работи като разпределител на сигнала.

Линейна топология

Линейната топология се използва широко в инсталации за автоматизация на конвейерни ленти и също така се използва в малки машинни приложения. Устройствата на PROFINET са снабдени с интегриран превключвател за подпомагане на разпознаването на линейните топологии. След като възникне прекъсване на линията, когато се използват топологии на линията, тогава устройствата, подредени след повреденото устройство, вече не могат да бъдат осъществени контакти. Така че това може да се избегне чрез разширяване на линията до форма на пръстен с протокол за резервиране.

Предимства

The Предимства на ProfiNet включват следното.

• PROFINET ви предоставя най-добрите начини да подобрите вашата продуктивност с четири важни предимства гъвкавост, откритост, производителност и ефективност.
• Висока работоспособност и надеждност.
• Достъпност на прозрачни данни.
• Лесна и безупречна комбинация от установени Fieldbus системи чрез шлюзове/проксита.
• Има смислени и подробни диагностични опции.
• Използвайки Profinet, можем да изпълним различни топологични опции като звезда, линия, пръстен и дърво.
• Той предлага разпознаване на топология и диагностика за бързо и компетентно въвеждане в експлоатация на мрежата.
• Функционалната безопасност на Profibus избягва опасностите поради функционирането на фалшиви индустриални машини

Приложения

The приложения на ProfiNe t включват следното.

• PROFINET се използва в различни приложения като автоматизация на процеси, производство, безопасност и приложения за управление на изохронно движение.
• PROFINET се използва във всички инженерни области на автоматизацията.
• Това е отворено индустриално Ethernet решение, базирано на международни стандарти, използвани за обмен на данни между устройства и контролери в рамките на настройка за автоматизация.
• Процесно поле Net се използва от Siemens PLC.
• PROFINET се използва в различни области за внедряване на решения за автоматизация като автоматизация на процеси, автоматизация на сгради и фабрична автоматизация.
• PROFINET се използва през Industrial Ethernet за комуникация на данни.
• Обикновено се използва в процеса на автоматизация за смяна и контрол на среди като течности и газове.
• Те се използват и в различни области като доставка на горивен газ, автоматизация и контрол за отпадъчни води или пречистване на вода.
• Използва се за обработка на растения в производството на напитки, мандри и за производство на храни.
• Приложим е в широк спектър от индустрии като газ, автомобилостроене, петрол, логистика и много други.

И така, това е всичко преглед на Profinet технология – работа с приложения. Това е най-важният индустриален Ethernet стандарт на пазара. Това е ориентирана към бъдещето технология и установена в световен мащаб, която се поддържа от няколко доставчици на продукти за осигуряване на защита на инвестициите и дългосрочна наличност. Ето един въпрос към вас, какво е Profibus?