Was ist ProfiNet: Architektur, Funktionsweise, Typen und Anwendungen

Die Profinet-Technologie wurde entwickelt und veröffentlicht von PROFIBUS & PROFINET International Anfang 2000. PROFINET ist eine innovative und offene Standard-Industrial-Ethernet-Lösung, die für den Datenaustausch zwischen Steuerungen und Geräten verwendet wird industrielle Automatisierung . Das PROFINET-Konzept erfüllt einfach alle Anforderungen der industriellen Automatisierungstechnik, indem es IT-Standards wie TCP/IP und XML für die Kommunikation, Konfiguration und Diagnose der Feldgeräte/Maschinen verwendet. Es ist also die bewährte Industrial-Ethernet-Lösung. Daher gibt dieser Artikel kurze Informationen über Profibus – Arbeiten mit Anwendungen.

Was ist Profinet?

PROFINET (Process Field Net) ist ein industrieller Kommunikationsstandard, der auf internationalen Standards basiert und für den Datenaustausch zwischen Geräten und Steuerungen in einem industriellen Steuerungssystem ausgelegt ist. Hier sind Steuerungen SPS, PACs oder DCSs, während Geräte Bildverarbeitungssysteme, E/A-Blöcke, RFID-Lesegeräte, Prozessinstrumente, Antriebe, Proxys usw. sind. Da es sich um einen offenen Standard handelt, haben so viele Hersteller PROFINET-Produkte wie PACs entwickelt, SPS, Roboter, Antriebe, IOs, Proxys und Diagnosetools.

Durch die Verwendung dieses industriellen Kommunikationsstandards können wir HMI, SPS , Dezentrale Peripherie, a Sensor , anders Sender , VFD und Aktuatoren in einem einzigen Netzwerk. Profinet bietet eine schnellere Reaktionszeit, wodurch die Datenerfassung noch besser wird.

Industrial Profinet ist mit Abschirmung erhältlich, die eine überlegene Leistung in einer Umgebung mit elektrischem Rauschen bietet. Um Profinet-Geräte zu identifizieren, sollte es durch Gerätenamen mit IP-Adresse definiert werden. Jedem Gerät innerhalb eines Netzwerks sollte eine IP-Adresse zur Kommunikation zugewiesen werden. Profinet wird ähnlich wie Profibus-DP als Remote I/O verwendet, um eine sehr schnelle Kommunikationsgeschwindigkeit bereitzustellen.

Im größeren Netzwerk wird ein Netzwerk-Switch zum Anschluss von Profinet zur einfachen Verteilung verwendet. Das Gerät von Profinet wird über gültige IP-Adressen identifiziert. Zum Beispiel, wenn das Profinet-Gerät eine IP-Adresse 191.127.0.20 hat, wobei die ersten drei Ziffern Netzwerkinformationen enthalten und die letzte Ziffer eine Gerätenummer ist.

ProfiNet-Architektur

PROFINET ist ein Kommunikationsprotokoll, das hauptsächlich für den Datenaustausch zwischen Steuerungen sowie Geräten innerhalb einer Automatisierungsumgebung entwickelt wurde. Damit ist es die am weitesten verbreitete industrielle Ethernet-Lösung. Da PROFINET ein offener Standard ist, haben eine Reihe von Herstellern verschiedene Produkte von PROFINET wie SPS, Roboter, PACs, Proxys, IOs, Diagnosetools, Antriebe usw. entwickelt.
PROFINET definiert einfach die zyklische und azyklische Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten wie Diagnose, Alarme, funktionale Sicherheit und zusätzliche Informationen. PROFINET nutzt also Standard-Ethernet als Kommunikationsmedium zur Verbindung dieser Komponenten.

PROFINET-Komponenten in einem Netzwerk werden durch Ethernet-Kabel verbunden und ermöglichen die Koexistenz anderer Ethernet-Protokolle in einer ähnlichen Infrastruktur. Neben PROFINET können Sie weitere auf Ethernet basierende Protokolle wie SNMP, OPC UA, HTTP oder MQTT verwenden, um das Netzwerk auszugleichen.
Die ProfiNet-Architektur basierend auf ISO/ OSI-Modell ist unten gezeigt. Das PROFINET lebt auf 7 Schichten des ISO/OSI-Modus, der die Anwendungsschicht ist. Im Allgemeinen definiert dieses siebenschichtige ISO/OSI-Modell einfach die Abstraktionsschichten des Kommunikationssystems.

ProfiNet funktioniert

Die industrielle Automatisierung erfordert häufig sowohl eine schnelle als auch eine deterministische Kommunikation, was bedeutet, dass Nachrichten genau dann geliefert werden, wenn sie erwartet werden. Daher sollte PROFINET sicherstellen, dass die Nachrichten basierend auf der Aufgabe mit einer geeigneten Geschwindigkeit und Determinismus übermittelt werden. Aber nicht alle Anwendungen benötigen eine ähnliche Leistung.

PROFINET liefert Daten über verschiedene Kommunikationskanäle, wie in der obigen Architektur gezeigt, um eine angemessene Leistung sicherzustellen, wie z TCP/IP oder UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time), IRT (Isochronous Real-Time) und TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET verwendet TCP/IP ansonsten UDP/IP Kommunikation, insbesondere für nicht zeitkritische Aufgaben wie Konfiguration sowie Parametrierung. Aufgrund der zusätzlichen Latenz und des Jitters, die mit der IP-basierten Kommunikation verbunden sind, ist diese Technik für zeitkritische Aufgaben ungeeignet.

PROFINET verwendet einen RT-Kanal, um Daten auf sehr schnelle und deterministische Weise zur Verwendung in zeitkritischen Anwendungen zu liefern. PROFINET RT erfüllt die Anforderungen der meisten zeitkritischen Anwendungen. Die Gesamtleistung hängt also hauptsächlich vom Design des Netzwerks ab, Sie können jedoch Zykluszeiten von 250 µs – 512 ms erreichen. Sie benötigen also keine spezielle Konfiguration oder Hardware, um den Echtzeitmechanismus von PROFINET zu nutzen, da alle Produkte von PROFINET mit dieser Fähigkeit ausgestattet sind.

PROFINET IRT wird verwendet, um die Leistung zu erhöhen, so dass veränderliche Datenverzögerungen reduziert werden, indem die Regeln erhöht werden, die zum Umschalten des Ethernet-Verkehrs verwendet werden, und auch spezielle Regeln für den Verkehr von PROFINET erstellt werden. Dieses IRT ist optional und wird nur in exakten hochleistungsbasierten Anwendungen wie Druckpressen und Verpackungsmaschinen benötigt.

Die neueste PROFINET-Spezifikation V2.4 führt einen vierten Kommunikationskanal wie PROFINET über TSN ein. Dies ist eine neue Technologie, die auf der Datenverbindungsschicht im ISO/OSI-Modell sitzt. Es handelt sich um eine Reihe von IEEE 802-Standards, die verwendet werden, um Ethernet standardmäßig deterministisch zu machen. Einige der IEEE-Standards sind: IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB und IEEE 802.1Q-2018.

ProfiNet-Typen

Profinets sind in zwei Arten verfügbar, basierend auf Kabeln, die wie Kupferkabel verwendet werden, und Glasfaserkabel.

Profinet-Kupferkabel

Dies ist ein grünes und 4-adriges abgeschirmtes Kabel und unterstützt bis zu 100 Mbit/s Fast Ethernet in 100 Metern Entfernung. Durch die Verwendung dieses Kabels wird eine Vollduplex-Übertragung erreicht, was bedeutet, dass die Daten gleichzeitig in zwei Richtungen übertragen werden. Zusätzlich werden für 1 Gbps Übertragungsraten 8-adrige Kupferkabel verwendet.

Die PROFINET-Kupferkabel sind in vier Typen Typ-A, Typ-B, Typ-R und Typ-C erhältlich.

• Typ-A-Kupferkabel werden hauptsächlich für Festinstallationen verwendet.
• Kupferkabel vom Typ B werden dort verwendet, wo Biegungen vorhanden sind. Diese Kabeltypen können Vibrationen oder gelegentlichen Bewegungen widerstehen.
• Kupferkabel vom Typ R werden in Roboteranwendungen verwendet.
• Kupferkabel vom Typ C werden in speziellen Anwendungen verwendet und können sowohl Bewegungen als auch dynamischen Umgebungen standhalten. Zum Beispiel Rotationsmaschinen.
• Andere Kupferkabel sind ebenfalls vorhanden, wie z. B. Schleppkabel für bewegliche Teile, Erdkabel für die unterirdische Kommunikation und flammhemmende, nicht korrosive Kabel für den Brandschutz.

Profinet-Glasfaserkabel

Diese Kabel verwenden zwei parallele Drähte, die direkt für die Konfektionierung von Steckverbindern verwendet werden. Diese Kabeltypen haben Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s und auch Vollduplex-Kommunikation.

Diese Kabeltypen bieten viele Vorteile, da sie kilometerlange Entfernungen überbrücken können und eine vollständige elektrische Isolierung zwischen Anlagenregionen bieten. Darüber hinaus sind diese Kabel resistent gegen elektromagnetische Störungen. Diese Kabel sind in zwei Typen Typ B und Typ C erhältlich, wobei Typ B-Kabel für den flexiblen oder stationären Einsatz und Typ C-Kabel für spezielle Anwendungen wie Vibration, permanente Bewegung usw. verwendet werden.

ProfiNet vs. Ethernet

Das Unterschiede zwischen Profinet und Ethernet werden unten besprochen.

ProfiNet gegen Profibus

Das Unterschiede zwischen Profinet und Profibus werden unten besprochen.

Profinet-Connector

Profinet-Steckverbinder sind speziell für den Abschluss von Profinet-Kabeln konzipiert. Diese Steckverbinder sind aufgrund ihrer Erschwinglichkeit und einfachen Verwendung sehr beliebt. Diese sind also benutzerfreundlich, schnell anzuschließen, bieten eine hohe Leistung, ihre Struktur ist starr, stoßfest und außerdem wartungsfrei.

ProfiNet-Topologie

Beim Netzwerkdesign sind Flexibilität und Layout die Hauptmerkmale von PROFINET. Es unterstützt nahezu unbegrenzte Kombinationsmöglichkeiten bei Verwendung aller typischen Ethernet-Topologien. Dort gibt es unterschiedliche grundlegende PROFINET-Topologien, daher ist die richtige Topologieauswahl für das Design der PROFINET-Automatisierungsanlage von Bedeutung. Nach diesem Entwurf muss die Topologie angepasst werden. Zum Aufbau der Profinet-Topologie sind möglicherweise zusätzliche Switches erforderlich. Die verschiedenen grundlegenden PROFINET-Topologien sind wie Stern-, Baum- und Linientopologien verfügbar.

Sterntopologie

Die Sterntopologie eignet sich für Bereiche mit teilweiser geografischer Ausdehnung. Diese Topologie wird automatisch erstellt, wenn mehrere Kommunikationsteilnehmer einem allgemeinen Switch zugeordnet sind. Wenn der Knoten eines einzelnen PROFINET ausfällt oder getrennt wird, funktionieren andere PROFINET-Knoten kontinuierlich. Wenn jedoch der mittlere Switch ausfällt, wird die Kommunikation zu allen verbundenen Knoten unterbrochen.

Baumtopologie

Eine Baumtopologie wird gebildet, indem verschiedene Sternnetzwerke zu einem einzigen Netzwerk verbunden werden. Die Funktionseinheit wird durch die zu Sternpunkten zusammengeführten Teile der Automatisierungsanlage gebildet. Diese sind also über benachbarte Switches miteinander vernetzt. Im Sternpunkt wirkt ein einzelner Schalter wie ein Signalverteiler.

Linientopologie

Die Linientopologie ist in Automatisierungsanlagen für Förderbänder weit verbreitet und wird auch in kleinen Maschinenanwendungen verwendet. Die Geräte von PROFINET sind mit einem integrierten Switch ausgestattet, um die Erkennung der Linientopologien zu erleichtern. Kommt es bei Linientopologien zu einer Leitungsunterbrechung, so sind die dem ausgefallenen Gerät nachgeordneten Geräte nicht mehr kontaktierbar. Dies kann also vermieden werden, indem die Leitung mit einem Redundanzprotokoll zu einer Ringform ausgebaut wird.

Vorteile

Das ProfiNet-Vorteile füge folgendes hinzu.

• PROFINET bietet Ihnen die besten Möglichkeiten zur Verbesserung Ihrer Produktivität mit vier wichtigen Vorteilen: Flexibilität, Offenheit, Leistung und Effizienz.
• Hohe Betriebsverfügbarkeit und Zuverlässigkeit.
• Zugänglichkeit transparenter Daten.
• Einfache und fehlerfreie Kombination etablierter Feldbussysteme durch Gateways/Proxys.
• Es verfügt über aussagekräftige & detaillierte Diagnosemöglichkeiten.
• Durch die Verwendung von Profinet können wir verschiedene Topologieoptionen wie Stern, Linie, Ring und Baum ausführen.
• Es bietet Topologieerkennung und Diagnose für eine schnelle und kompetente Netzwerkinbetriebnahme.
• Die funktionale Sicherheit von Profibus vermeidet Gefahren durch falsches Funktionieren von Industriemaschinen

Anwendungen

Das Anwendungen von ProfiNe t umfassen die folgenden.

• PROFINET wird in verschiedenen Anwendungen wie Prozessautomatisierung, Produktion, Sicherheit und isochrone Bewegungssteuerungsanwendungen eingesetzt.
• PROFINET wird in allen Bereichen der Automatisierungstechnik eingesetzt.
• Dies ist eine offene Industrial-Ethernet-Lösung, die auf internationalen Standards basiert und für den Datenaustausch zwischen Geräten und Steuerungen innerhalb einer Automatisierungsumgebung verwendet wird.
• Process Field Net wird von Siemens SPS verwendet.
• PROFINET wird in verschiedenen Bereichen zur Umsetzung von Automatisierungslösungen wie Prozessautomatisierung, Gebäudeautomatisierung und Fabrikautomation eingesetzt.
• Für die Datenkommunikation wird PROFINET über Industrial Ethernet verwendet.
• Es wird allgemein in der Automatisierung zum Wechseln und Steuern von Medien wie Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt.
• Diese werden auch in verschiedenen Bereichen wie Brenngasversorgung, Automatisierung & Steuerung für Abwasser oder Wasseraufbereitung eingesetzt.
• Es wird in verfahrenstechnischen Anlagen der Getränkeindustrie, Molkereien und der Lebensmittelproduktion eingesetzt.
• Es ist in einer Vielzahl von Branchen wie Gas, Automobil, Öl, Logistik und vielen mehr anwendbar.

Es geht also um alles eine Übersicht über ein Profinet Technologie – Arbeiten mit Anwendungen. Dies ist der wichtigste Industrial-Ethernet-Standard auf dem Markt. Dies ist eine zukunftsorientierte und weltweit etablierte Technologie, die von mehreren Produktanbietern unterstützt wird, um Investitionsschutz und langfristige Verfügbarkeit zu gewährleisten. Hier ist eine Frage an Sie, was ist Profibus?