Wat is ProfiNet: architectuur, werking, typen en toepassingen

Profinet-technologie is ontwikkeld en gepubliceerd door: PROFIBUS & PROFINET International begin 2000. PROFINET is een innovatieve en open-standaard Industrial Ethernet-oplossing die wordt gebruikt voor het uitwisselen van gegevens tussen controllers en apparaten in industriële automatie . Het PROFINET-concept voldoet eenvoudigweg aan alle vereisten van industriële automatiseringstechnologie door IT-standaarden zoals TCP/IP & XML te gebruiken voor communicatie, configuratie en diagnose van de veldapparatuur/machines. Het is dus de algemeen aanvaarde Industrial Ethernet-oplossing. Dit artikel geeft dus beknopte informatie over Profibus – werken met applicaties.

Wat is Profinet?

PROFINET (process field Net) is een industriële communicatiestandaard op basis van internationale standaarden die zijn ontworpen voor het uitwisselen van gegevens tussen apparaten en controllers in een industrieel besturingssysteem. Controllers zijn hier PLC's, PAC's of DCS's, terwijl apparaten vision-systemen, I/O-blokken, RFID-lezers, procesinstrumenten, drives, proxy's, enz. zijn. Aangezien dit een open standaard is, hebben veel fabrikanten PROFINET-producten ontworpen zoals PAC's, PLC's, robots, schijven, IO's, proxy's en diagnostische tools.

Door deze industriële communicatiestandaard te gebruiken, kunnen we HMI, PLC , Gedistribueerde I/O, a sensor , verschillend zenders , VFD en actuatoren op één netwerk. Profinet zorgt voor een snellere responstijd waardoor de gegevensverzameling nog beter wordt.

Industrial Profinet is verkrijgbaar met afscherming die superieure prestaties levert in een elektrisch lawaaierige omgeving. Om Profinet-apparaten te identificeren, moet deze worden gedefinieerd op apparaatnaam met IP-adres. Elk apparaat binnen een netwerk moet op IP-adres worden toegewezen om te communiceren. Profinet wordt gebruikt als een externe I/O vergelijkbaar met Profibus-DP om een ​​zeer snelle communicatiesnelheid te bieden.

In het grotere netwerk wordt een netwerkswitch gebruikt om Profinet aan te sluiten voor eenvoudige distributie. Het apparaat van profinet wordt geïdentificeerd aan de hand van geldige IP-adressen. Als het profinet-apparaat bijvoorbeeld een IP-adres 191.127.0.20 heeft waarbij de eerste drie cijfers netwerkinformatie bevatten en het laatste cijfer een apparaatnummer is.

ProfiNet-architectuur

PROFINET is een communicatieprotocol dat voornamelijk is ontworpen voor het uitwisselen van gegevens tussen controllers en apparaten binnen een automatiseringsomgeving. Het is dus de meest gebruikte industriële Ethernet-oplossing. Omdat PROFINET een open standaard is, hebben een aantal fabrikanten verschillende producten van PROFINET ontwikkeld, zoals PLC's, Robots, PAC's, Proxy's, IO's, diagnostische tools, Drives, enz.
PROFINET definieert eenvoudig cyclische en acyclische communicatie tussen verschillende componenten zoals diagnose, alarmen, functionele veiligheid en aanvullende informatie. PROFINET gebruikt dus standaard Ethernet als communicatiemedium voor het aansluiten van deze componenten.

PROFINET-componenten in een netwerk zijn verbonden door Ethernet-kabels en het maakt het mogelijk dat andere Ethernet-protocollen naast elkaar bestaan ​​in een vergelijkbare infrastructuur. Naast PROFINET kunt u andere op Ethernet gebaseerde protocollen gebruiken om het netwerk in evenwicht te brengen, zoals SNMP, OPC UA, HTTP of MQTT.
De ProfiNet-architectuur op basis van ISO/ OSI-model wordt hieronder weergegeven. De PROFINET leeft op 7 lagen van de ISO/OSI-modus, de applicatielaag. Over het algemeen definieert dit ISO/OSI-model met zeven lagen eenvoudig de abstractielagen van het communicatiesysteem.

ProfiNet werkt

Industriële automatisering heeft vaak zowel snelle als deterministische communicatie nodig, wat betekent dat berichten precies worden afgeleverd wanneer ze worden verwacht. PROFINET moet er dus voor zorgen dat de berichten worden afgeleverd met een geschikte snelheid en determinisme op basis van de taak. Maar niet alle applicaties hebben vergelijkbare prestaties nodig.

PROFINET levert gegevens met behulp van verschillende communicatiekanalen zoals weergegeven in de bovenstaande architectuur om geschikte prestaties te garanderen, zoals: TCP/IP of UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochrone Real-Time) en TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET gebruikt TCP/IP anders UDP/IP-communicatie, vooral voor niet-tijdkritische taken zoals configuratie en parametrering. Vanwege de extra latency & jitter die samenhangt met communicatie op basis van IP, is deze techniek niet geschikt voor tijdkritische taken.

PROFINET gebruikt een RT-kanaal voor het leveren van gegevens op een zeer snelle en deterministische manier voor gebruik in tijdkritische toepassingen. PROFINET RT voldoet aan de behoeften van de meeste tijdkritische toepassingen. De algehele prestatie hangt dus voornamelijk af van het ontwerp van het netwerk, maar u kunt cyclustijden bereiken van 250 µs – 512 ms. Je hebt dus geen speciale configuratie of hardware nodig om het realtime mechanisme van PROFINET te gebruiken, omdat alle producten van PROFINET met deze capaciteit zijn uitgerust.

PROFINET IRT wordt gebruikt om de prestaties te verbeteren, zodat het veranderlijke datavertragingen vermindert door de regels te verhogen die worden gebruikt om Ethernet-verkeer te schakelen en ook door speciale regels te creëren voor het verkeer van PROFINET. Deze IRT is optioneel en alleen vereist in exacte, op hoge prestaties gebaseerde toepassingen zoals drukpersen en verpakkingsmachines.

De meest recente PROFINET-specificatie V2.4 lanceert een vierde communicatiekanaal zoals PROFINET over TSN. Dit is een nieuwe technologie die op de datalinklaag in het ISO/OSI-model zit. Het is een set IEEE 802-standaarden die wordt gebruikt om Ethernet standaard deterministisch te maken. Enkele van de IEEE-normen zijn; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018.

ProfiNet-typen

Profinets zijn verkrijgbaar in twee typen op basis van kabels die worden gebruikt zoals koperen kabels en glasvezelkabels.

Profinet koperen kabel

Dit is een groenkleurige en 4-aderige afgeschermde kabel en ondersteunt tot 100 Mbps Fast Ethernet op 100 meter afstand. Door deze kabel te gebruiken, wordt Full Duplex-transmissie bereikt, wat betekent dat de gegevens tegelijkertijd in twee richtingen worden verzonden. Bovendien worden voor overdrachtssnelheden van 1 Gbps 8-aderige koperen kabels gebruikt.

De PROFINET koperkabels zijn verkrijgbaar in vier typen type-A, type-B, type-R & type-C.

• Type A koperen kabels worden voornamelijk gebruikt voor vaste installaties.
• Type-B koperen kabels worden gebruikt waar buiging aanwezig is. Dit type kabels is bestand tegen trillingen of incidentele bewegingen.
• Type-R koperen kabels worden gebruikt in robottoepassingen.
• Type C koperen kabels worden gebruikt in gespecialiseerde toepassingen en zijn bestand tegen zowel beweging als dynamische omgevingen. Rotatiemachines bijvoorbeeld.
• Andere koperen kabels zijn er ook, zoals sleepkabels die worden gebruikt voor bewegende delen, begraven kabels die worden gebruikt in ondergrondse communicatie en vlamvertragende niet-corrosieve kabels die worden gebruikt voor brandbeveiliging.

Profinet glasvezelkabels

Deze kabels gebruiken twee parallelle draden die rechtstreeks worden gebruikt voor de montage van connectoren. Dit soort kabels hebben snelheden tot 100 Mbit/s en ook full-duplex communicatie.

Dit soort kabels biedt veel voordelen, zoals kilometerslange afstanden en een totale elektrische isolatie tussen fabrieksregio's. Bovendien zijn deze kabels bestand tegen elektromagnetische interferentie. Deze kabels zijn verkrijgbaar in twee typen Type B & Type C waarbij Type B-kabels worden gebruikt voor flexibel of stationair gebruik en Type C-kabels worden gebruikt voor speciale toepassingen zoals trillingen, permanente beweging, enz.

ProfiNet versus Ethernet

De verschillen tussen Profinet en Ethernet worden hieronder besproken.

ProfiNet versus Profibus

De verschillen tussen Profinet en Profibus worden hieronder besproken.

Profinet-connector

Profinet-connectoren zijn speciaal ontworpen voor de aansluitingen van profinet-kabels. Deze connectoren zijn erg populair vanwege hun betaalbaarheid en ook eenvoudig in gebruik. Deze zijn dus gebruiksvriendelijk, sluiten snel aan, leveren hoge prestaties, hebben een stevige constructie, zijn schokbestendig en bovendien onderhoudsvrij.

ProfiNet-topologie

In netwerkontwerp zijn flexibiliteit & lay-out de belangrijkste kenmerken van PROFINET. Het ondersteunt ongeveer onbeperkte combinatiemogelijkheden wanneer alle typische Ethernet-topologieën worden gebruikt. Er zijn daar verschillende fundamentele PROFINET-topologieën, dus de juiste topologieselectie is van belang voor het ontwerp van de PROFINET-automatiseringsinstallatie. Na dit ontwerp moet de topologie worden aangepast. Om de profinet-topologie in te stellen, zijn mogelijk extra schakelaars nodig. De verschillende basis-PROFINET-topologieën zijn beschikbaar, zoals ster-, boom- en lijntopologieën.

Stertopologie

De stertopologie is geschikt voor gebieden met een gedeeltelijke geografische uitbreiding. Deze topologie wordt automatisch gemaakt als meerdere communicatieknooppunten zijn gekoppeld aan een algemene switch. Als het knooppunt van één PROFINET uitvalt of wordt losgekoppeld, zullen andere knooppunten van PROFINET continu werken. Maar als de middelste schakelaar uitvalt, wordt de communicatie naar alle aangesloten knooppunten onderbroken.

Boomtopologie

Een boomtopologie wordt gevormd door verschillende sternetwerken te verbinden met een enkel netwerk. De functionele eenheid wordt gevormd door de delen van de automatiseringsinstallatie die tot sterpunten zijn verenigd. Deze zijn dus met elkaar verbonden via aangrenzende switches. In het sterpunt werkt een enkele schakelaar als een signaalverdeler.

Lijntopologie

De lijntopologie wordt veel gebruikt in automatiseringsinstallaties voor transportbanden en wordt ook gebruikt in kleine machinetoepassingen. De apparaten van PROFINET zijn uitgerust met een geïntegreerde schakelaar om de lijntopologieën te helpen herkennen. Zodra lijnonderbreking optreedt wanneer lijntopologieën worden gebruikt, kan er geen contact meer worden gemaakt met de apparaten die achter het defecte apparaat zijn geplaatst. Dit kan dus worden vermeden door de lijn uit te breiden naar een ringvorm met een redundantieprotocol.

Voordelen:

De ProfiNet-voordelen omvatten het volgende.

• PROFINET biedt u de beste manieren om uw productiviteit te verbeteren met vier belangrijke voordelen: flexibiliteit, openheid, prestaties en efficiëntie.
• Hoge operationele beschikbaarheid en betrouwbaarheid.
• Toegankelijkheid van transparante gegevens.
• Eenvoudige en foutloze combinatie van bestaande veldbussystemen via gateways/proxy's.
• Het heeft zinvolle en gedetailleerde diagnostische opties.
• Door Profinet te gebruiken, kunnen we verschillende topologie-opties uitvoeren, zoals ster, lijn, ring en boom.
• Het biedt topologieherkenning en diagnose voor een snelle en vakkundige inbedrijfstelling van het netwerk.
• De functionele veiligheid van Profibus vermijdt gevaren vanwege de valse industriële machinewerking

Toepassingen

De toepassingen van ProfiNe t omvat het volgende.

• PROFINET wordt gebruikt in verschillende toepassingen zoals procesautomatisering, productie, veiligheid en isochrone motion control-toepassingen.
• PROFINET wordt gebruikt in alle gebieden van de automatiseringstechniek.
• Dit is een open Industrial Ethernet-oplossing op basis van internationale standaarden die worden gebruikt voor het uitwisselen van gegevens tussen apparaten en controllers binnen een automatiseringsomgeving.
• Procesveld Net wordt gebruikt door Siemens PLC.
• PROFINET wordt op verschillende gebieden gebruikt voor het implementeren van automatiseringsoplossingen zoals procesautomatisering, gebouwautomatisering en fabrieksautomatisering.
• PROFINET wordt gebruikt via Industrial Ethernet voor datacommunicatie.
• Het wordt over het algemeen gebruikt in het automatiseringsproces voor het wijzigen en regelen van media zoals vloeistoffen en gassen.
• Deze worden ook gebruikt in verschillende gebieden zoals brandstofgasvoorziening, automatisering en controle voor afvalwater of waterbehandeling.
• Het wordt gebruikt voor de verwerking van fabrieken in de drankenindustrie, zuivelfabrieken en voor de voedselproductie.
• Het is toepasbaar in een breed scala van industrieën zoals gas, automobiel, olie, logistiek en nog veel meer.

Dit gaat dus allemaal over een overzicht van een Profinet technologie – werken met applicaties. Dit is de belangrijkste Industrial Ethernet-standaard op de markt. Dit is toekomstgerichte technologie die wereldwijd is ontwikkeld en die wordt ondersteund door verschillende productleveranciers om investeringsbescherming en beschikbaarheid op lange termijn te garanderen. Hier is een vraag voor u, wat is Profibus?