Vad är ProfiNet: arkitektur, arbete, typer och dess tillämpningar

Profinet technology utvecklades och publicerades av PROFIBUS & PROFINET International i början av 2000. PROFINET är en innovativ industriell Ethernet-lösning med öppen standard som används för att utbyta data mellan styrenheter och enheter i industriell automation . PROFINET-konceptet uppfyller helt enkelt alla industriella automationsteknikkrav genom att använda IT-standarder som TCP/IP och XML för att kommunicera, konfigurera och diagnostisera fältenheterna/maskinerna. Så det är den välantagna Industrial Ethernet-lösningen. Så den här artikeln ger kort information om Profibus – att arbeta med applikationer.

Vad är Profinet?

PROFINET (process field Net) är en industriell kommunikationsstandard baserad på internationella standarder som är designad för utbyte av data mellan enheter och styrenheter i ett industriellt styrsystem. Här är styrenheter PLC,  PAC eller DCS, medan enheter är visionsystem, I/O-block, RFID-läsare, processinstrument, enheter, proxyservrar, etc. Eftersom detta är en öppen standard har så många tillverkare designat PROFINET-produkter som PAC, PLC:er, robotar, enheter, IO:er, proxyservrar och diagnostiska verktyg.

Genom att använda denna industriella kommunikationsstandard kan vi ansluta HMI, PLC , Distribuerad I/O, en sensor , annorlunda sändare , VFD och ställdon i ett enda nätverk. Profinet ger en snabbare svarstid och därmed blir datainsamlingen ännu bättre.

Industrial Profinet finns med skärmning som ger överlägsen prestanda i en elektriskt bullrig miljö. För att identifiera Profinet-enheter bör den definieras av enhetsnamn med IP-adress. Varje enhet inom ett nätverk bör tilldelas via IP-adress för att kommunicera. Profinet används som en fjärr-I/O liknande Profibus-DP för att ge en mycket snabb kommunikationshastighet.

I det större nätverket används en nätverksswitch för att ansluta Profinet för enkel distribution. Profinets enhet identifieras genom giltiga IP-adresser. Till exempel, om profinet-enheten har en 191.127.0.20 IP-adress där de första tre siffrorna inkluderar nätverksinformation och den sista siffran är ett enhetsnummer.

ProfiNet-arkitektur

PROFINET är ett kommunikationsprotokoll som huvudsakligen är utformat för utbyte av data mellan styrenheter såväl som enheter inom en automationsinställning. Så det är den mest använda industriella Ethernet-lösningen. Eftersom PROFINET är en öppen standard har ett antal tillverkare utvecklat olika produkter av PROFINET som PLC:er, Robotar, PAC:er, Proxies, IO:er, diagnosverktyg, Drives, etc.
PROFINET definierar helt enkelt cyklisk & acyklisk kommunikation mellan olika komponenter som diagnostik, larm, funktionssäkerhet och ytterligare information. Så PROFINET använder standard Ethernet som kommunikationsmedium för att ansluta dessa komponenter.

PROFINET-komponenter i ett nätverk är anslutna med Ethernet-kablar och det tillåter andra Ethernet-protokoll att samexistera i en liknande infrastruktur. Förutom PROFINET kan du använda andra protokoll baserade på Ethernet för att balansera nätverket som SNMP, OPC UA, HTTP eller MQTT.
ProfiNet-arkitekturen baserad på ISO/ OSI-modell visas nedan. PROFINET lever i 7 lager av ISO/OSI-läget som är applikationslagret. I allmänhet definierar denna sju-lagers ISO/OSI-modell helt enkelt kommunikationssystemets abstraktionslager.

ProfiNet arbetar

Industriell automation behöver ofta både höghastighets- och deterministisk kommunikation, vilket innebär att leverera meddelanden precis när de förväntas. Så PROFINET bör se till att meddelandena levereras med lämplig hastighet och determinism baserat på uppgiften. Men inte alla applikationer behöver liknande prestanda.

PROFINET levererar data med hjälp av olika kommunikationskanaler som visas i ovanstående arkitektur för att säkerställa lämplig prestanda som t.ex TCP/IP eller UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time), IRT (Isochronous Real-Time) och TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET använder TCP/IP annars UDP/IP-kommunikation, speciellt för icke-tidskritiska uppgifter som konfiguration samt parametrering. På grund av den extra latens och jitter som är kopplad till kommunikation baserad på IP, är denna teknik olämplig för tidskritiska uppgifter.

PROFINET använder en RT-kanal för att leverera data på ett mycket snabbt och deterministiskt sätt att använda i tidskritiska applikationer. PROFINET RT uppfyller kraven för de flesta tidskritiska applikationer. Så den övergripande prestandan beror främst på nätverkets design, men du kan uppnå cykeltider från 250 µs – 512 ms. Så du behöver ingen speciell konfiguration eller hårdvara för att använda realtidsmekanismen i PROFINET eftersom alla PROFINETs produkter är utrustade med denna kapacitet.

PROFINET IRT används för att öka prestandan så att den minskar föränderliga datafördröjningar genom att öka reglerna som används för att byta Ethernet-trafik och även skapa speciella regler för trafiken i PROFINET. Denna IRT är valfri och krävs endast i exakta högpresterande applikationer som tryckpressar och förpackningsmaskiner.

Den senaste PROFINET-specifikationen V2.4 lanserar en fjärde kommunikationskanal som PROFINET över TSN. Detta är en ny teknik som sitter på datalänklagret i ISO/OSI-modellen. Det är en uppsättning IEEE 802-standarder som används för att göra Ethernet deterministiskt som standard. Några av IEEE-standarderna är; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018.

ProfiNet-typer

Profinets finns i två typer baserat på kablar som används som kopparkablar och fiberoptiska kablar.

Profinet kopparkabel

Detta är en grönfärgad och 4-tråds skärmad kabel och den stöder upp till 100 Mbps Fast Ethernet på 100 meters avstånd. Genom att använda denna kabel uppnås Full Duplex-överföring vilket innebär att data överförs i två riktningar samtidigt. Dessutom används 8-kärniga kopparkablar för överföringshastigheter på 1 Gbps.

PROFINET kopparkablar finns i fyra typer typ-A, typ-B, typ-R och typ-C.

• Kopparkablar av typ A används främst för fasta installationer.
• Kopparkablar av typ B används där böjning förekommer. Dessa typer av kablar kan motstå vibrationer eller enstaka rörelser.
• Kopparkablar av typ R används i robotapplikationer.
• Kopparkablar av typ C används i specialiserade applikationer och de kan motstå rörelse såväl som dynamiska miljöer. Till exempel roterande maskiner.
• Andra kopparkablar finns också där som släpkablar som används för rörliga delar, nedgrävda kablar som används i underjordisk kommunikation och flamskyddande icke-korrosiva kablar som används för brandskydd.

Profinet fiberoptiska kablar

Dessa kablar använder två parallella ledningar som används för montering av kontakter direkt. Dessa typer av kablar har upp till 100 Mbit/s hastigheter och även full duplex kommunikation.

Dessa typer av kablar ger många fördelar som att de kan täcka kilometer långa avstånd och ger total elektrisk isolering mellan anläggningsregioner. Dessutom är dessa kablar resistenta mot elektromagnetiska störningar. Dessa kablar finns i två typer typ B och typ C där kablar av typ B används för flexibel eller stationär användning och typ C-kablar används för speciella applikationer som vibrationer, permanent rörelse etc.

ProfiNet vs Ethernet

De skillnader mellan Profinet och Ethernet diskuteras nedan.

ProfiNet vs Profibus

De skillnader mellan Profinet och Profibus diskuteras nedan.

Profinet Connector

Profinet-kontakter är speciellt utformade för terminering av profinet-kablar. Dessa kontakter är mycket populära på grund av deras överkomliga priser och även enkel användning. Så dessa är användarvänliga, ansluter snabbt, ger hög prestanda, deras struktur är styv, stöttålig och även underhållsfri.

ProfiNet Topologi

Inom nätverksdesign är flexibilitet och layout huvuddragen hos PROFINET. Den stöder ungefär obegränsade kombinationsalternativ när alla typiska Ethernet-topologier används. Det finns olika grundläggande PROFINET-topologier där, så det korrekta topologivalet är viktigt för PROFINET-automationsanläggningens design. Efter denna design måste topologin justeras. För att ställa in profinet-topologin kan extra switchar behövas. De olika grundläggande PROFINET-topologierna är tillgängliga som stjärn-, träd- och linjetopologier.

Stjärntopologi

Stjärntopologin är lämplig för områden inklusive partiell geografisk förlängning. Denna topologi skapas automatiskt om flera kommunikationsnoder är kopplade till en allmän switch. Om noden för en enda PROFINET misslyckas eller tas bort, kommer andra noder i PROFINET att fungera kontinuerligt. Men om mittomkopplaren misslyckas, kommer kommunikationen att avbrytas till alla anslutna noder.

Trädtopologi

En trädtopologi bildas genom att koppla olika stjärnnät till ett enda nätverk. Den funktionella enheten bildas av de delar av automationsanläggningen som är förenade till stjärnpunkter. Så dessa är sammankopplade via angränsande switchar. I stjärnpunkt fungerar en enda omkopplare som en signalfördelare.

Linjetopologi

Linjetopologin används ofta i automationsanläggningar för transportband och används även i små maskinapplikationer. PROFINETs enheter är utrustade med en integrerad switch för att hjälpa linjetopologierna att känna igen. När ett ledningsavbrott inträffar när ledningstopologier används, kan de anordningar som är arrangerade efter den felaktiga enheten inte längre komma i kontakt med. Så detta kan undvikas genom att utöka linjen till en ringform med ett redundansprotokoll.

Fördelar

De ProfiNet fördelar inkluderar följande.

• PROFINET ger dig de bästa sätten att förbättra din produktivitet med fyra viktiga fördelar flexibilitet, öppenhet, prestanda och effektivitet.
• Hög operativ tillgänglighet och tillförlitlighet.
• Tillgänglighet för Transparent data.
• Enkel och felfri kombination av etablerade fältbussystem genom gateways/proxyer.
• Den har meningsfulla och detaljerade diagnostiska alternativ.
• Genom att använda Profinet kan vi utföra olika topologialternativ som stjärna, linje, ring och träd.
• Den erbjuder topologiigenkänning och diagnostik för snabb och skicklig nätverksdriftsättning.
• Profibus funktionssäkerhet undviker faror på grund av falska industrimaskiners funktion

Ansökningar

De applikationer av ProfiNe t inkludera följande.

• PROFINET används i olika applikationer som processautomation, produktion, säkerhet och isokrona rörelsekontrollapplikationer.
• PROFINET används inom alla automationsteknikområden.
• Detta är en öppen industriell Ethernet-lösning baserad på internationella standarder som används för att utbyta data mellan enheter och styrenheter inom en automationsmiljö.
• Processfältet Net används av Siemens PLC.
• PROFINET används inom olika områden för att implementera automationslösningar som processautomation, byggnadsautomation och fabriksautomation.
• PROFINET används över Industrial Ethernet för datakommunikation.
• Det används generellt i automatiseringsprocessen för att byta och kontrollera media som vätskor och gaser.
• Dessa används också inom olika områden som bränslegasförsörjning, automation och kontroll för avloppsvatten eller vattenrening.
• Det används för att bearbeta anläggningar inom dryckesindustrin, mejerier och för livsmedelsproduktion.
• Det är tillämpligt i ett brett spektrum av industrier som gas, fordon, olja, logistik och många fler.

Alltså handlar det här om en översikt över en Profinet teknik – arbeta med applikationer. Detta är den viktigaste industriella Ethernet-standarden på marknaden. Detta är framtidsorienterad teknologi och etablerad globalt som stöds av flera produktleverantörer för att säkerställa investeringsskydd och långsiktig tillgänglighet. Här är en fråga till dig, vad är Profibus?