PROFINET ( Process Field Net work ) er en åben industristandard for automatisering fra Ethernet-foreningen PROFIBUS & PROFINET International (PI). PROFINET bruger TCP/IP- og IT-standarder samt Ethernet i realtid .
PROFINET-konceptet er modulopbygget, så brugerne kan vælge at kaskadere funktionerne selv. De adskiller sig væsentligt afhængigt af typen af kommunikation for at opfylde nogle af de meget høje hastighedskrav.
I PROFINET er der to perspektiver PROFINET CBA og PROFINET IO. PROFINET CBA er velegnet til komponentbaseret kommunikation via TCP/IP og PROFINET IO bruges til realtidskommunikation med krav i modulære ingeniørsystemer. Begge kommunikationsmuligheder kan bruges parallelt.
PROFINET IO er designet til real-time (RT) og isokron real-time (IRT) kommunikation med decentraliserede I/O'er. Betegnelserne RT og IRT beskriver ganske enkelt realtidsegenskaberne for kommunikation i PROFINET IO.
PROFINET CBA og PROFINET IO kan kommunikere på samme tid på samme systembus. De kan arbejde enkeltvis eller i kombination, så PROFINET I/O-delsystemet fremstår som et PROFINET CBA-system set fra systemets synsvinkel.
For at opnå disse funktioner er der defineret tre protokoller på forskellige niveauer:
PROFINET-protokoller kan optages og vises ved hjælp af et Ethernet-netværksanalyseværktøj såsom Wireshark . Topologien kan vises ved hjælp af analyseværktøjer som TH Scope.
PROFINET CBA-systemet består af forskellige automationskomponenter. En komponent dækker alle mekaniske, elektriske og IT-variabler. Komponenten kan oprettes ved hjælp af standard programmeringsværktøjer. En komponent beskrives ved hjælp af en PROFINET Component Description (PCD), en XML-fil. Planlægningsværktøjet indlæser disse beskrivelser og aktiverer de logiske relationer mellem de enkelte komponenter, der oprettes for at fuldføre installationen.
Denne model var stærkt inspireret af IEC 61499-standarden.
Hovedideen med CBA er, at hele automatiseringssystemet kan opdeles i autonome driftsundersystemer. Strukturen og funktionerne kan være identiske eller let modificerede i flere systemer. Hver komponent styres normalt af et variabelt antal indgangssignaler. Inden for komponenten udfører styreprogrammet de nødvendige funktioner og sender de tilsvarende udgange til den anden controller. Tilknyttet ingeniørarbejde er uafhængig af udstyrsproducenten. Kommunikation mellem komponentsystemer er kun konfigurerbar og kræver ikke programmering. Kommunikation ved hjælp af PROFINET CBA (ikke-realtid) er velegnet til busser med en polling-cyklus på cirka 50 ... 100 ms. En parallelløbende RT-kanal giver en cyklustid, der kan sammenlignes med PROFINET IO (adskillige ms).
PROFINET IO implementerer grænseflader til perifere enheder. Den definerer en forbindelse til et område, der er tilsluttet perifere enheder. Grundlaget for dette system ligger i den kaskadende idé i realtid. PROFINET IO definerer al kommunikation mellem controllere ( master ) og enheder ( slave ) samt konfigurations- og diagnoseparametre. PROFINET IO er designet til hurtigt at udveksle data mellem Ethernet-enhedsområdet og understøtte en udbyder-forbrugermodel. Enheder, der er placeret i slaveområdet på en PROFIBUS-linje, kan uden besvær integreres i PROFINET IO-systemer såvel som i en IO-Proxy (repræsentant for slavesystembussen). Enhedsudvikleren kan implementere PROFINET IO med alle kommercielt tilgængelige Ethernet-controllere. Dette er velegnet til kommunikation med busser med en cykling på få ms. Konfigurationen af IO-systemet er holdt næsten identisk med PROFIBUS "look and feel"-systemet. PROFINET IO indeholder altid realtidskonceptet. PROFINET IO-systemet består af følgende enheder:
- I/O controller, der styrer automatiseringsopgaver.
- I/O-enheder, som er et enhedsområde, styres og styres af I/O-controlleren. En I/O-enhed kan bestå af flere moduler og hjælpemoduler.
- I/O-managerbaseret, pc-baseret software til indstilling af parametre og diagnosticering af individuelle I/O-enheder.
Application Relation (AR) etableres mellem I/O-controlleren og I/O-enhederne. Disse AR'er bruges til at definere kommunikationsrelationer (CR) med forskellige karakteristika for parameteroverførsel, cyklisk dataudveksling og alarmhåndtering.
Egenskaberne for en I/O-enhed er beskrevet af enhedsproducenten i General Station Description (GSD-fil). Sproget der bruges til dette formål GSDML (GSD Markup Language) er et XML-baseret sprog. GSD-filen giver en softwareguide med det grundlæggende til planlægning af konfigurationen af et PROFINET IO-system.
Hvert modul i et PROFINET-netværk har tre adresser:
Fordi PROFINET bruger TCP/IP, bruges MAC-adresser og IP-adresser . MAC-adressen ændres, når enheden udskiftes. En IP-adresse er en type dynamisk adressering. Enhedsnavnet bruges til permanent adressering.
For automatisk at tildele en IP-adresse, undernetmaske og standardgateway er to metoder defineret:
I PROFINET IO transmitteres behandlings- og alarmdata altid i realtid (RT). Realtidstilstanden i PROFINET er baseret på IEEE- og IEC-definitionerne, som kun tillader en begrænset tid for RT-tjenester at køre inden for en buscyklus. RT kommunikation er grundlaget for kommunikation for PROFINET IO. Realtidsdata behandles med højere prioritet end TCP (UDP)/IP-data. RT danner grundlag for realtidskommunikation inden for distribueret I/O og for PROFINET-komponentmodellen (PROFINET CBA). Denne form for kommunikation tillader buscykling i området på nogle få hundrede mikrosekunder.
Isokron kommunikation med PROFINET er defineret af konceptet isochronous real time (IRT). I enheder med IRT-funktionalitet er switching-portene integreret direkte i den industrielle enhed. Det kan for eksempel være baseret på ERTEC 400/200 Ethernet-controllere. Varigheden af dataudvekslingscyklusser er som regel i området fra flere hundrede mikrosekunder til flere millisekunder. Egenskaben ved realtidskommunikation er i det væsentlige en høj grad af determinisme, således at starten på en buscyklus opretholdes med høj nøjagtighed. Starten af en busudvekslingscyklus kan ikke afvige mere end 1 µs (jitter). IRT er for eksempel påkrævet til bevægelseskontrolapplikationer (positioneringskontrolprocesser).
Profiler er foruddefinerede konfigurationer af funktioner og funktioner, der er tilgængelige via PROFINET til brug i specifikke enheder eller applikationer. De er udviklet af PI-arbejdsgrupper (PROFINET International) og udgivet af PI. Profiler er afgørende for åbenhed, interoperabilitet og udskiftelighed, så slutbrugeren kan være sikker på, at lignende udstyr fra forskellige leverandører fungerer på en standardiseret måde. På denne måde lader brugeren konkurrencen udvikle sig, hvilket tvinger leverandører til at øge produktiviteten og reducere omkostningerne.
Der findes også PROFINET-profiler, for eksempel til encodere. Andre profiler udvikles til drevstyring (PROFIdrive) og til funktionel sikkerhed (PROFIsafe). Der er også specielle profiler til tog.
Et andet eksempel på en profil er PROFIenergy, som omfatter tjenester til overvågning af energiforbrug i realtid. Det blev foreslået i 2009 af AIDA-gruppen af tyske bilproducenter (Audi, BMW, Mercedes, Porsche og VW), som ønskede en standardiseret måde at aktivt styre energiforbruget på deres fabrikker på. Denne profil retter sig mod enheder og undersystemer, der bruger meget strøm, såsom robotter, lasere og endda malingslinjer, hvilket kan hjælpe med at reducere fabrikkens energiomkostninger ved intelligent at skifte enheder til "dvale"-tilstande under produktionspauser som forventet (f.eks. weekender og simple nedlukninger) samt som uforudsete (for eksempel ulykker).
Udvikling: Takket være understøttelsen af Calling Tool-grænsefladen kan hver producent af perifere enheder implementere enhver TCI-understøttet software og vælge parametre og diagnostik for instrumentområdet uden at forlade programmet.
Berøringsfri enhedsgenkendelse og udskiftning: Alle enheder i PROFINET-området registrerer deres naboer. Dette gør det muligt at udskifte enheder uden yderligere værktøj og forudgående viden i tilfælde af en fejl. Ved at læse denne information kan systemets topologi visualiseres.
Serverparametre: tilpassede data kan downloades af enhver producent (f.eks. via TCI) og automatisk konverteres til serverparametre. Genstart udføres også automatisk, når enheden udskiftes.
Determinisme: PROFINET understøtter deterministisk trafik, for eksempel til meget præcise kontrolopgaver. Redundans: Begrebet redundans er defineret i PROFINET og øger systemets tilgængelighed markant. Har alle egenskaber fra et ProfiBus netværk
PROFINET er defineret af PROFIBUS & PROFINET International (PI) og understøttet af INTERBUS Club og er siden 2003 en del af IEC 61158 og IEC 61784 standarderne.
| Industrielle netværk | |
|---|---|
| Styresystem busser | |
| Distribueret periferiudstyr | |
| Drivteknologi |
|
| Markenheder |
|
| Bygningsautomatisering | |