PROFINET ( Process Field Net work ) är en öppen industristandard för automation från Ethernetföreningen PROFIBUS & PROFINET International (PI). PROFINET använder TCP/IP och IT-standarder, och realtids Ethernet .
PROFINET-konceptet är modulärt så att användare kan välja att kaskad funktionerna själva. De skiljer sig markant beroende på typ av kommunikation för att uppfylla några av de mycket höga hastighetskraven.
I PROFINET finns två perspektiv PROFINET CBA och PROFINET IO. PROFINET CBA är lämplig för komponentbaserad kommunikation via TCP/IP och PROFINET IO används för realtidskommunikation med krav i modulära konstruktionssystem. Båda kommunikationsalternativen kan användas parallellt.
PROFINET IO har designats för realtids- (RT) och isokron realtids- (IRT) kommunikation med decentraliserade I/O. Beteckningarna RT och IRT beskriver helt enkelt realtidsegenskaperna för kommunikation i PROFINET IO.
PROFINET CBA och PROFINET IO kan kommunicera samtidigt på samma systembuss. De kan arbeta individuellt eller i kombination, så att PROFINET I/O-delsystemet framstår som ett PROFINET CBA-system ur systemets synvinkel.
För att uppnå dessa funktioner definieras tre protokoll på olika nivåer:
PROFINET-protokoll kan spelas in och visas med hjälp av ett nätverksanalysverktyg för Ethernet som Wireshark . Topologin kan visas med hjälp av analysverktyg som TH Scope.
PROFINET CBA-systemet består av olika automationskomponenter. En komponent täcker alla mekaniska, elektriska och IT-variabler. Komponenten kan skapas med vanliga programmeringsverktyg. En komponent beskrivs med en PROFINET Component Description (PCD), en XML-fil. Planeringsverktyget laddar dessa beskrivningar och aktiverar de logiska relationerna mellan de enskilda komponenterna som kommer att skapas för att slutföra installationen.
Denna modell var starkt inspirerad av IEC 61499-standarden.
Huvudidén med CBA är att hela automationssystemet kan delas upp i autonoma operativsystem undersystem. Strukturen och funktionerna kan vara identiska eller något modifierade i flera system. Varje komponent styrs vanligtvis av ett variabelt antal insignaler. Inom komponenten utför styrprogrammet de nödvändiga funktionerna och skickar motsvarande utgångar till den andra styrenheten. Tillhörande ingenjörskonst är oberoende av utrustningstillverkaren. Kommunikation mellan komponentsystem är endast konfigurerbar och kräver ingen programmering. Kommunikation med PROFINET CBA (ej realtid) är lämplig för bussar med en pollingcykel på ca 50 ... 100 ms. En parallellt löpande RT-kanal ger en cykeltid jämförbar med PROFINET IO (flera ms).
PROFINET IO implementerar gränssnitt för kringutrustning. Den definierar en anslutning till ett område som är anslutet till kringutrustning. Grunden för detta system ligger i kaskadidén i realtid. PROFINET IO definierar all kommunikation mellan styrenheter ( master ) och enheter ( slav ) samt konfigurations- och diagnosparametrar. PROFINET IO är utformad för att snabbt utbyta data mellan Ethernet-enhetsområdet och stödja en leverantör-konsumentmodell. Enheter som finns i slavområdet för en PROFIBUS-linje kan integreras i PROFINET IO-system utan ansträngning, såväl som i en IO-proxy (representant för slavsystembussen). Enhetsutvecklaren kan implementera PROFINET IO med alla kommersiellt tillgängliga Ethernet-kontroller. Detta är väl lämpat för kommunikation med bussar med en cykling på några ms. Konfigurationen av IO-systemet har behållits nästan identisk med PROFIBUS "look and feel"-systemet. PROFINET IO innehåller alltid realtidskonceptet. PROFINET IO-systemet består av följande enheter:
- I/O controller som hanterar automationsuppgifter.
- I/O-enheter, som är ett enhetsområde, styrs och styrs av I/O-styrenheten. En I/O-enhet kan bestå av flera moduler och hjälpmoduler.
- I/O-hanterarebaserad, PC-baserad programvara för att ställa in parametrar och diagnostisera individuella I/O-enheter.
Application Relation (AR) upprättas mellan I/O-styrenheten och I/O-enheterna. Dessa AR används för att definiera kommunikationsrelationer (CR) med olika egenskaper för parameteröverföring, cykliskt datautbyte och larmhantering.
Egenskaperna för en I/O-enhet beskrivs av enhetstillverkaren i General Station Description (GSD-fil). Språket som används för detta ändamål GSDML (GSD Markup Language) är ett XML-baserat språk. GSD-filen tillhandahåller en mjukvaruguide med grunderna för planering av konfigurationen av ett PROFINET IO-system.
Varje modul i ett PROFINET-nätverk har tre adresser:
Eftersom PROFINET använder TCP/IP, används MAC-adresser och IP-adresser . MAC-adressen ändras när enheten byts ut. En IP-adress är en typ av dynamisk adressering. Enhetsnamnet används för permanent adressering.
För att automatiskt tilldela en IP-adress, subnätmask och standardgateway, definieras två metoder:
I PROFINET IO sänds bearbetnings- och larmdata alltid i realtid (RT). Realtidsläget i PROFINET är baserat på IEEE- och IEC-definitionerna, som endast tillåter en begränsad tid för RT-tjänster att köra inom en busscykel. RT-kommunikation är grunden för kommunikation för PROFINET IO. Realtidsdata behandlas med högre prioritet än TCP (UDP) / IP-data. RT utgör grunden för realtidskommunikation inom området distribuerad I/O och för PROFINET-komponentmodellen (PROFINET CBA). Denna typ av kommunikation tillåter busscykling inom intervallet några hundra mikrosekunder.
Isokron kommunikation med PROFINET definieras av konceptet isokron realtid (IRT). I enheter med IRT-funktionalitet är switchportarna integrerade direkt i den industriella enheten. Den kan till exempel baseras på ERTEC 400/200 Ethernet-kontroller. Varaktigheten av datautbytescykler ligger som regel i intervallet från flera hundra mikrosekunder till flera millisekunder. Egenskapen för realtidskommunikation är i huvudsak en hög grad av determinism, så att starten av en busscykel bibehålls med hög noggrannhet. Starten av en bussväxlingscykel kan inte avvika mer än 1 µs (jitter). IRT krävs till exempel för rörelsekontrolltillämpningar (positioneringskontrollprocesser).
Profiler är fördefinierade konfigurationer av funktioner och funktioner tillgängliga via PROFINET för användning i specifika enheter eller applikationer. De är utvecklade av PI-arbetsgrupper (PROFINET International) och publicerade av PI. Profiler är väsentliga för öppenhet, interoperabilitet och utbytbarhet så att slutanvändaren kan vara säker på att liknande utrustning från olika leverantörer fungerar på ett standardiserat sätt. På så sätt låter användaren konkurrensen utvecklas, vilket tvingar leverantörerna att öka produktiviteten och minska kostnaderna.
Det finns även PROFINET-profiler, till exempel för kodare. Andra profiler utvecklas för driftstyrning (PROFIdrive) och för funktionssäkerhet (PROFIsafe). Det finns även speciella profiler för tåg.
Ett annat exempel på en profil är PROFIenergy, som inkluderar tjänster för att övervaka energiförbrukningen i realtid. Det föreslogs 2009 av AIDA-gruppen av tyska biltillverkare (Audi, BMW, Mercedes, Porsche och VW) som ville ha ett standardiserat sätt att aktivt hantera energiförbrukningen i sina fabriker. Den här profilen riktar sig till enheter och delsystem som förbrukar mycket energi som robotar, lasrar och till och med målarlinjer, vilket kan bidra till att minska fabrikens energikostnader genom att intelligent växla enheter till "viloläge" under produktionsuppehåll som förväntat (t.ex. helger och enkla avstängningar), liksom som oförutsedda (till exempel olyckor).
Utveckling: Tack vare stödet för Calling Tool-gränssnittet kan varje tillverkare av kringutrustning implementera vilken TCI-stödd programvara som helst och välja parametrar och diagnostik för instrumentområdet utan att lämna programmet.
Beröringsfri enhetsigenkänning och utbyte: Alla enheter i PROFINET-området upptäcker sina grannar. Detta gör att enheter kan bytas ut utan extra verktyg och förkunskaper i händelse av fel. Genom att läsa denna information kan systemets topologi visualiseras.
Serverparametrar: anpassade data kan laddas ner av alla tillverkare (t.ex. via TCI) och automatiskt omvandlas till serverparametrar. Omstart utförs också automatiskt när enheten byts ut.
Determinism: PROFINET stöder deterministisk trafik, till exempel för mycket exakta kontrolluppgifter. Redundans: Redundansbegreppet definieras i PROFINET och ökar systemets tillgänglighet avsevärt. Har alla egenskaper hos ett ProfiBus-nätverk
PROFINET definieras av PROFIBUS & PROFINET International (PI) och stöds av INTERBUS Club och är sedan 2003 en del av standarderna IEC 61158 och IEC 61784.
| Industriella nätverk | |
|---|---|
| Styrsystem bussar | |
| Distribuerad kringutrustning | |
| Drivteknik |
|
| Fältenheter |
|
| Byggnadsautomation | |