Cos'è ProfiNet: architettura, lavoro, tipi e sue applicazioni

La tecnologia Profinet è stata sviluppata e pubblicata da Profibus & PROFINET International all'inizio del 2000. PROFINET è una soluzione Industrial Ethernet innovativa e a standard aperto utilizzata per lo scambio di dati tra controllori e dispositivi in automazione industriale . Il concetto PROFINET soddisfa semplicemente tutti i requisiti della tecnologia di automazione industriale utilizzando standard IT come TCP/IP e XML per comunicare, configurare e diagnosticare i dispositivi/macchine da campo. Quindi, è la soluzione Industrial Ethernet ben adottata. Quindi, questo articolo fornisce brevi informazioni su Profibus: lavorare con le applicazioni.

Cos'è Profinet?

PROFINET (process field Net) è uno standard di comunicazione industriale basato su standard internazionali progettati per lo scambio di dati tra dispositivi e controllori in un sistema di controllo industriale. Qui, i controller sono PLC, PAC o DCS, mentre i dispositivi sono sistemi di visione, blocchi I/O, lettori RFID, strumenti di processo, azionamenti, proxy, ecc. Poiché si tratta di uno standard aperto, molti produttori hanno progettato prodotti PROFINET come PAC, PLC, robot, azionamenti, IO, proxy e strumenti diagnostici.

Utilizzando questo standard di comunicazione industriale, possiamo collegare HMI, PLC , I/O distribuito, a sensore , diverso trasmettitori , VFD e attuatori su un'unica rete. Profinet fornisce un tempo di risposta più rapido, così la raccolta dei dati diventa ancora migliore.

Industrial Profinet è disponibile con schermatura che offre prestazioni superiori in un ambiente elettricamente rumoroso. Per identificare i dispositivi Profinet, dovrebbe essere definito dal nome del dispositivo con l'indirizzo IP. Ogni dispositivo all'interno di una rete dovrebbe essere assegnato tramite indirizzo IP per comunicare. Profinet viene utilizzato come I/O remoto simile a Profibus-DP per fornire una velocità di comunicazione molto rapida.

Nella rete più grande, uno switch di rete viene utilizzato per collegare Profinet per una distribuzione semplice. Il dispositivo di profinet viene identificato tramite indirizzi IP validi. Ad esempio, se il dispositivo profinet ha un indirizzo IP 191.127.0.20 in cui le prime tre cifre includono informazioni di rete e l'ultima cifra è un numero di dispositivo.

Architettura ProfiNet

PROFINET è un protocollo di comunicazione progettato principalmente per lo scambio di dati tra controllori e dispositivi all'interno di un'impostazione di automazione. Quindi è la soluzione Ethernet su base industriale più utilizzata. Poiché PROFINET è uno standard aperto, numerosi produttori hanno sviluppato diversi prodotti PROFINET come PLC, robot, PAC, proxy, IO, strumenti diagnostici, azionamenti, ecc.
PROFINET definisce semplicemente la comunicazione ciclica e aciclica tra diversi componenti come diagnostica, allarmi, sicurezza funzionale e informazioni aggiuntive. Pertanto, PROFINET utilizza l'Ethernet standard come mezzo di comunicazione per il collegamento di questi componenti.

I componenti PROFINET in una rete sono collegati tramite cavi Ethernet e consente ad altri protocolli Ethernet di coesistere in un'infrastruttura simile. Oltre a PROFINET, puoi utilizzare altri protocolli basati su Ethernet per bilanciare la rete come SNMP, OPC UA, HTTP o MQTT.
L'architettura ProfiNet basata su ISO/ modello OSI è mostrato di seguito. Il PROFINET vive a 7 livelli della modalità ISO/OSI che è il livello dell'applicazione. In genere, questo modello ISO/OSI a sette livelli definisce semplicemente i livelli di astrazione del sistema di comunicazione.

ProfiNet funzionante

L'automazione industriale ha spesso bisogno di una comunicazione deterministica e ad alta velocità, il che significa consegnare i messaggi esattamente quando sono attesi. Quindi, PROFINET dovrebbe assicurarsi che i messaggi vengano consegnati a una velocità e determinismo adeguati in base all'attività. Ma non tutte le applicazioni richiedono prestazioni simili.

PROFINET fornisce dati utilizzando diversi canali di comunicazione come mostrato nell'architettura sopra per garantire prestazioni adeguate come TCP/IP o UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) e TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET utilizza la comunicazione TCP/IP altrimenti UDP/IP, in particolare per attività non critiche come la configurazione e la parametrizzazione. A causa della latenza e del jitter aggiuntivi connessi alla comunicazione basata su IP, questa tecnica è inappropriata per le attività critiche in termini di tempo.

PROFINET utilizza un canale RT per fornire dati in modo molto rapido e deterministico da utilizzare in applicazioni time-critical. PROFINET RT soddisfa le esigenze della maggior parte delle applicazioni critiche dal punto di vista temporale. Pertanto, le prestazioni complessive dipendono principalmente dalla progettazione della rete, tuttavia è possibile ottenere tempi di ciclo da 250 µs a 512 ms. Quindi, non è necessaria una configurazione o hardware speciale per utilizzare il meccanismo in tempo reale di PROFINET perché tutti i prodotti di PROFINET sono dotati di questa capacità.

PROFINET IRT viene utilizzato per aumentare le prestazioni in modo da ridurre i ritardi dei dati modificabili aumentando le regole utilizzate per commutare il traffico Ethernet e creando anche regole speciali per il traffico di PROFINET. Questo IRT è opzionale e richiesto solo in applicazioni esatte ad alte prestazioni come macchine da stampa e macchine per l'imballaggio.

La più recente specifica PROFINET V2.4 lancia un quarto canale di comunicazione come PROFINET su TSN. Questa è una nuova tecnologia che si trova sul livello di collegamento dati nel modello ISO/OSI. È un insieme di standard IEEE 802 che viene utilizzato per rendere l'Ethernet deterministico per impostazione predefinita. Alcuni degli standard IEEE sono; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB e IEEE 802.1Q-2018.

Tipi ProfiNet

Profinets sono disponibili in due tipi basati su cavi utilizzati come cavi in ​​rame e cavi in ​​fibra ottica.

Cavo in rame Profinet

Si tratta di un cavo schermato di colore verde a 4 fili e supporta Fast Ethernet fino a 100 Mbps a 100 metri di distanza. Utilizzando questo cavo, si ottiene la trasmissione Full Duplex, il che significa che i dati vengono trasmessi in due direzioni contemporaneamente. Inoltre, per velocità di trasmissione di 1 Gbps, vengono utilizzati cavi in ​​rame a 8 fili.

I cavi in ​​rame PROFINET sono disponibili in quattro tipi di tipo A, tipo B, tipo R e tipo C.

• I cavi in ​​rame di tipo A vengono utilizzati principalmente per installazioni fisse.
• I cavi in ​​rame di tipo B vengono utilizzati dove è presente flessione. Questi tipi di cavi possono resistere a vibrazioni o movimenti occasionali.
• I cavi in ​​rame di tipo R sono utilizzati nelle applicazioni dei robot.
• I cavi in ​​rame di tipo C sono utilizzati in applicazioni specializzate e possono resistere al movimento e agli ambienti dinamici. Ad esempio, macchine rotanti.
• Ci sono anche altri cavi in ​​rame come i cavi di trascinamento utilizzati per le parti mobili, i cavi interrati utilizzati nelle comunicazioni sotterranee e i cavi ignifughi non corrosivi utilizzati per la protezione antincendio.

Cavi in ​​Fibra Ottica Profinet

Questi cavi utilizzano due fili paralleli che vengono utilizzati per il montaggio diretto dei connettori. Questi tipi di cavi hanno velocità fino a 100 Mbit/s e anche comunicazioni full duplex.

Questi tipi di cavi offrono molti vantaggi in quanto possono coprire chilometri di distanze e forniscono un isolamento elettrico totale tra le regioni dell'impianto. Inoltre, questi cavi sono resistenti alle interferenze elettromagnetiche. Questi cavi sono disponibili in due tipi di tipo B e tipo C, dove i cavi di tipo B sono utilizzati per uso flessibile o stazionario e i cavi di tipo C sono utilizzati per applicazioni speciali come vibrazioni, movimento permanente, ecc.

ProfiNet vs Ethernet

Il differenze tra Profinet ed Ethernet sono discussi di seguito.

ProfiNet vs Profibus

Il differenze tra Profinet e Profibus sono discussi di seguito.

Connettore Profinet

I connettori Profinet sono particolarmente progettati per le terminazioni dei cavi profinet. Questi connettori sono molto popolari per la loro convenienza e anche per il loro semplice utilizzo. Quindi questi sono facili da usare, si collegano rapidamente, forniscono prestazioni elevate, la loro struttura è rigida, resistente agli urti e anche esente da manutenzione.

Topologia ProfiNet

Nella progettazione della rete, flessibilità e layout sono le caratteristiche principali di PROFINET. Supporta opzioni di combinazione pressoché illimitate quando vengono utilizzate tutte le topologie Ethernet tipiche. Esistono diverse topologie PROFINET fondamentali, quindi la corretta selezione della topologia è importante per la progettazione dell'impianto di automazione PROFINET. Dopo questo progetto, la topologia deve essere modificata. Per configurare la topologia profinet, potrebbero essere necessarie ulteriori opzioni. Le diverse topologie di base PROFINET sono disponibili come le topologie a stella, ad albero e lineare.

Topologia a stella

La topologia a stella è appropriata per aree che includono un'estensione geografica parziale. Questa topologia viene creata automaticamente se numerosi nodi di comunicazione sono alleati a uno switch generale. Se il nodo di un singolo PROFINET si guasta o è scollegato, gli altri nodi di PROFINET funzioneranno continuamente. Tuttavia, se l'interruttore centrale si guasta, la comunicazione verrà interrotta con tutti i nodi collegati.

Topologia ad albero

Una topologia ad albero è formata collegando varie reti a stella a un'unica rete. L'unità funzionale è formata dalle parti dell'impianto di automazione che sono unite a punti stella. Quindi questi sono collegati in rete tramite switch vicini. Nel punto stella, un singolo interruttore funziona come un distributore di segnale.

Topologia di linea

La topologia di linea è ampiamente utilizzata negli impianti di automazione per nastri trasportatori e trova impiego anche in applicazioni di macchine di piccole dimensioni. I dispositivi di PROFINET sono dotati di uno switch integrato per facilitare il riconoscimento delle topologie di linea. Una volta che si verifica un'interruzione di linea quando si utilizzano topologie di linea, i dispositivi disposti dopo il dispositivo guasto non possono più essere contattati. Quindi questo può essere evitato espandendo la linea in una forma ad anello con un protocollo di ridondanza.

Vantaggi

Il Vantaggi ProfiNet include il seguente.

• PROFINET ti offre i modi migliori per migliorare la tua produttività con quattro importanti vantaggi: flessibilità, apertura, prestazioni ed efficienza.
• Elevata disponibilità e affidabilità operativa.
• Accessibilità dei dati trasparenti.
• Combinazione semplice e impeccabile di sistemi Fieldbus consolidati tramite gateway/proxy.
• Ha opzioni diagnostiche significative e dettagliate.
• Utilizzando Profinet, possiamo eseguire diverse opzioni di topologia come stella, linea, anello e albero.
• Offre il riconoscimento della topologia e la diagnostica per una messa in servizio rapida e competente della rete.
• La sicurezza funzionale di Profibus evita i rischi dovuti al falso funzionamento dei macchinari industriali

Applicazioni

Il applicazioni di ProfiNe t includere quanto segue.

• PROFINET è utilizzato in diverse applicazioni come applicazioni di automazione di processo, produzione, sicurezza e controllo del movimento isocrono.
• PROFINET è utilizzato in tutti i settori dell'ingegneria dell'automazione.
• Si tratta di una soluzione Industrial Ethernet aperta basata su standard internazionali utilizzati per lo scambio di dati tra dispositivi e controllori all'interno di un ambiente di automazione.
• Il campo di processo Net è utilizzato dal PLC Siemens.
• PROFINET viene utilizzato in diversi campi per l'implementazione di soluzioni di automazione come l'automazione dei processi, l'automazione degli edifici e l'automazione di fabbrica.
• PROFINET viene utilizzato tramite Industrial Ethernet per la comunicazione dati.
• Viene generalmente utilizzato nel processo di automazione per il cambio e il controllo di fluidi e gas.
• Questi sono utilizzati anche in diverse aree come la fornitura di gas combustibile, l'automazione e il controllo per le acque reflue o il trattamento delle acque.
• Viene utilizzato per la lavorazione di impianti nell'industria delle bevande, nei caseifici e per la produzione alimentare.
• È applicabile in un'ampia gamma di settori come quello del gas, automobilistico, petrolifero, logistico e molti altri.

Quindi, questo è tutto una panoramica di un Profinet tecnologia: lavorare con le applicazioni. Questo è lo standard Industrial Ethernet più importante sul mercato. Questa è una tecnologia orientata al futuro e affermata a livello globale, supportata da diversi fornitori di prodotti per garantire la protezione degli investimenti e la disponibilità a lungo termine. Ecco una domanda per te, cos'è Profibus?