Профинет

Профинет

Протокол связи
Цель	Ethernet в реальном времени для промышленной автоматизации
Разработчик(и)	PROFIBUS и PROFINET Международный
Введение	2003 год ( 2003 )
На основе	Ethernet , Профибус
Уровень OSI	Прикладной уровень
RFC(ы)	МЭК 61784-2, МЭК 61158

Profinet (обычно называемый PROFINET , как вариант для Process промышленных Field Network . ) — это отраслевой технический стандарт для передачи данных через Industrial Ethernet , предназначенный для сбора данных и управления оборудованием в системах , с особым преимуществом в доставке данных в условиях жестких временных ограничений. Стандарт поддерживается и поддерживается Profibus и Profinet International , головной организацией со штаб-квартирой в Карлсруэ, Германия .

Функциональные возможности

Обзор

Profinet реализует интерфейс с периферийными устройствами . Он определяет связь с подключенными периферийными устройствами. Его основой является каскадная концепция реального времени. Profinet определяет весь обмен данными между контроллерами (называемыми «IO-контроллерами») и устройствами (называемыми «IO-устройствами»), а также настройку параметров и диагностику. Контроллеры ввода-вывода обычно представляют собой ПЛК , РСУ или IPC ; тогда как устройства ввода-вывода могут быть разными: блоки ввода-вывода, приводы, датчики или исполнительные механизмы. Протокол Profinet предназначен для быстрого обмена данными между полевыми устройствами на базе Ethernet и соответствует модели поставщик-потребитель. Полевые устройства в подчиненной линии Profibus могут быть легко интегрированы в систему Profinet через IO-Proxy (представитель подчиненной шинной системы).

Классы соответствия (CC)

Приложения с Profinet можно разделить согласно международному стандарту IEC 61784-2 на четыре класса соответствия:

• По классу соответствия A (CC-A) сертифицированы только устройства. Для сетевой инфраструктуры достаточно сертификата производителя. Поэтому структурированную кабельную систему или беспроводную локальную сеть также можно использовать для мобильных абонентов. Типичные области применения можно найти в инфраструктуре (например, в автомагистралях или железнодорожных туннелях) или в автоматизации зданий .

• Класс соответствия B (CC-B) предусматривает, что сетевая инфраструктура также включает сертифицированную продукцию и структурирована в соответствии с рекомендациями Profinet. Экранированные кабели повышают надежность, а переключатели с функциями управления облегчают диагностику сети и позволяют захватывать топологию сети по желанию для управления производственной линией или машиной. Автоматизация процессов требует повышенной доступности, чего можно достичь за счет резервирования средств массовой информации и системы . Чтобы устройство соответствовало классу соответствия B, оно должно успешно обмениваться данными через Profinet, иметь два порта (встроенный коммутатор) и поддерживать SNMP .

• Благодаря классу соответствия C (CC-C) системы позиционирования могут быть реализованы с дополнительным резервированием полосы пропускания и синхронизацией приложений. Устройства класса соответствия C дополнительно обмениваются данными через Profinet IRT.

• Для класса соответствия D (CC-D) Profinet используется через чувствительную ко времени сеть (TSN). Могут быть достигнуты те же функции, что и с CC-C. В отличие от CC-A и CC-B, полная связь (циклическая и ациклическая) между контроллером и устройством происходит на уровне Ethernet 2. Для этой цели был введен интерфейс удаленного обслуживания (RSI).

показывать Функциональность классов соответствия Profinet

Functionality Class A (CC-A) Class B (CC-B) Class C (CC-C) Class D (CC-D) Basic functionality RT-Communication Cyclic I/O Parameter Alarms RT-Communication Cyclic I/O Parameter Alarms Network diagnostics Topology detection System redundancy RT-Communication Cyclic I/O Parameter Alarms Network diagnostics Topology detection Bandwidth reservation (IRT) Synchronisation Seamless media redundancy RT-Communication Cyclic I/O Parameter Alarms Network diagnostics Topology detection Bandwidth reservation (TSN) Synchronisation System redundancy Seamless media redundancy Certification Controller Devices Controller Devices Network components Controller Devices Network components Controller Devices Network components Cabling IEC 61784-5-3 and IEC 24702: Copper Fibre optics Wireless IEC 61784-5-3: Copper Fibre optics IEC 61784-5-3: Copper Fibre optics IEC 61784-5-3: Copper Fibre optics Typical application Infrastructure facilities Building automation Factory automation Process automation Motion control Universal

Типы устройств

Система Profinet состоит из следующих устройств:

• IO -Controller , который управляет задачей автоматизации.
• Устройство ввода-вывода , которое представляет собой полевое устройство, контролируемое и контролируемое контроллером ввода-вывода. Устройство ввода-вывода может состоять из нескольких модулей и субмодулей.
• IO -Supervisor — это программное обеспечение , обычно базирующееся на ПК, для настройки параметров и диагностики отдельных устройств ввода-вывода.

Структура системы

Минимальная система ввода-вывода Profinet состоит как минимум из одного контроллера ввода-вывода, который управляет одним или несколькими устройствами ввода-вывода. Кроме того, при необходимости можно временно включить один или несколько IO-Supervisor для проектирования IO-устройств.

Если две системы ввода-вывода находятся в одной IP-сети , контроллеры ввода-вывода также могут использовать входной сигнал как общий вход, при этом они имеют доступ для чтения к одному и тому же субмодулю в устройстве ввода-вывода. Это упрощает объединение ПЛК с отдельным контроллером безопасности или системой управления движением . Аналогично, все устройство ввода-вывода можно использовать как общее устройство. в котором отдельные субмодули устройства ввода-вывода назначаются разным контроллерам ввода-вывода.

Каждое устройство автоматизации с интерфейсом Ethernet может одновременно выполнять функции IO-контроллера и IO-устройства. Если контроллер для контроллера-партнера выступает в роли IO-устройства и одновременно управляет его периферией как IO-контроллер, то задачи между контроллерами можно координировать без дополнительных устройств.

Отношения

Связь приложения (AR) устанавливается между IO-контроллером и IO-устройством. Эти AR используются для определения коммуникационных отношений (CR) с различными характеристиками для передачи параметров, циклического обмена данными и обработки аварийных сигналов.

Инженерное дело

Инженерный проект системы ввода-вывода практически идентична Profibus с точки зрения внешнего вида:

• Свойства IO-устройства описываются производителем устройства в файле GSD (Общее описание станции). Для этого используется язык GSDML (язык разметки GSD) — язык на основе XML . Файл GSD служит средой разработки в качестве основы для планирования конфигурации системы Profinet IO.
• Все полевые устройства Profinet определяют своих соседей. Это означает, что полевые устройства можно заменить в случае неисправности без дополнительных инструментов и предварительных знаний. Считав эту информацию, топологию установки можно отобразить графически для большей наглядности.
• Проектирование может поддерживаться такими инструментами, как PROFINET Commander. или ПРОНЕТА.

Надежность

Profinet также все чаще используется в критически важных приложениях. Всегда существует риск того, что требуемые функции не смогут быть выполнены. Этот риск можно снизить с помощью конкретных мер, определяемых надежностью. анализы. На переднем плане стоят следующие цели:

1. Безопасность: Обеспечение функциональной безопасности. В случае неисправности система должна перейти в безопасное состояние .
2. Доступность: Увеличение доступности. В случае неисправности система все равно должна быть способна выполнять минимально необходимые функции.
3. Безопасность. Информационная безопасность призвана обеспечить целостность системы.

Эти цели могут мешать или дополнять друг друга.

Функциональная безопасность: Профисейф

Основная статья: Профисейф

Профисейф определяет, как устройства, связанные с безопасностью ( кнопки аварийной остановки , световые решетки, устройства предотвращения переполнения и т. д.), взаимодействуют с контроллерами безопасности через Profinet таким безопасным способом, что их можно использовать в задачах автоматизации, связанных с безопасностью, до уровня полноты безопасности 3. (SIL) согласно IEC 61508 , уровень производительности «e» (PL) согласно ISO 13849 или категория 4 согласно EN 954-1.

Profisafe реализует безопасную связь через профиль, т.е. через специальный формат пользовательских данных и специальный протокол. Он спроектирован как отдельный уровень поверх прикладного уровня полевой шины, чтобы снизить вероятность ошибок передачи данных. Для сообщений Profisafe используются стандартные кабели и сообщения полевой шины. Они не зависят от механизмов обнаружения ошибок основных каналов передачи и, таким образом, поддерживают безопасность всех путей связи, включая объединительные платы внутри контроллеров или удаленный ввод-вывод . Протокол Profisafe использует такие механизмы обнаружения ошибок и сбоев , как:

• Последовательная нумерация
• Мониторинг тайм-аута
• Аутентификация источника/назначения
• Циклическая избыточность (CRC)

и определено в стандарте IEC 61784-3-3.

Повышенная доступность

Высокая доступность является одним из наиболее важных требований в промышленной автоматизации, как на производстве, так и в автоматизации процессов. Доступность системы автоматизации можно повысить за счет резервирования критически важных элементов. Можно провести различие между резервированием системы и среды передачи.

Резервирование системы

Резервирование системы также может быть реализовано с помощью Profinet для повышения доступности . В этом случае настраиваются два IO-контроллера, которые управляют одним и тем же IO-устройством. Активный IO-контроллер помечает свои выходные данные как первичные. Неотмеченные выходные данные игнорируются устройством ввода-вывода в резервированной системе ввода-вывода. Таким образом, в случае ошибки второй IO-контроллер может без перерыва взять на себя управление всеми IO-устройствами, пометив свои выходные данные как первичные. То, как два IO-контроллера синхронизируют свои задачи, не определено в Profinet и реализуется по-разному различными производителями, предлагающими резервированные системы управления.

Резервирование средств массовой информации

Profinet предлагает два решения по резервированию среды передачи данных. Протокол Media Redundancy Protocol (MRP) позволяет создать протоколонезависимую кольцевую топологию со временем переключения менее 50 мс. Зачастую этого бывает достаточно для стандартной связи в реальном времени с Profinet. Чтобы переключить резервирование в случае ошибки без задержки по времени, необходимо использовать «Резервирование носителя для запланированного дублирования» (MRPD) как концепцию бесшовного резервирования носителя. В MRPD циклические данные реального времени передаются в обоих направлениях по кольцеобразной топологии. Отметка времени в пакете данных позволяет получателю удалить избыточные дубликаты.

Безопасность

Концепция ИТ-безопасности для Profinet предполагает глубокоэшелонированную защиту подход. При таком подходе производственное предприятие защищено от атак, особенно извне, с помощью многоуровневого периметра, включая межсетевые экраны. Кроме того, внутри предприятия возможна дополнительная защита за счет разделения его на зоны с помощью межсетевых экранов . Кроме того, проверка компонентов безопасности гарантирует, что компоненты Profinet в определенной степени устойчивы к перегрузкам. Эта концепция поддерживается организационными мероприятиями на производстве в рамках системы менеджмента безопасности согласно ISO 27001 .

Профили приложений

Для беспрепятственного взаимодействия устройств, участвующих в решении автоматизации, они должны соответствовать своим основным функциям и сервисам. Стандартизация достигается за счет «профилей». с обязательными спецификациями для функций и услуг. Возможные функции связи с Profinet ограничены и предписываются дополнительные спецификации, касающиеся функций полевого устройства. Это могут быть свойства класса нескольких устройств, такие как поведение, связанное с безопасностью (общие профили приложений) или свойства, специфичные для класса устройств (конкретные профили приложений). Делается различие между

• Профили устройств, например, роботов, приводов (PROFIdrive), технологических устройств, датчиков, насосов
• Отраслевые профили, например, лабораторных технологий или железнодорожного транспорта.
• Профили интеграции для интеграции подсистем, таких как IO-Link . системы

Диски

PROFIdrive — это модульный профиль устройства для приводных устройств. Он был совместно разработан производителями и пользователями в 1990-х годах и с тех пор в сочетании с Profibus , а начиная с версии 4.0 и с Profinet, охватил весь диапазон от самых простых до самых требовательных приводных решений.

Энергия

Другой профиль — PROFIenergy , который включает услуги по мониторингу энергопотребления в режиме реального времени. В 2009 году об этом попросила группа немецких автопроизводителей AIDA ( Audi , BMW , Mercedes-Benz , Porsche и Volkswagen ), которые хотели иметь стандартизированный способ активного управления энергопотреблением на своих предприятиях. Целью этого профиля являются высокоэнергетические устройства и подсистемы, такие как роботы, лазеры и даже покрасочные линии, которые помогут снизить затраты на электроэнергию предприятия за счет интеллектуального переключения устройств в «спящие» режимы с учетом предусмотренных перерывов в производстве. (например, выходные и отключения) и непредвиденные (например, поломки).

Автоматизация процессов

Современные технологические устройства обладают собственным интеллектом и могут взять на себя часть обработки информации или общую функциональность систем автоматизации. Для интеграции в систему Profinet Помимо повышения доступности, требуется двухпроводной Ethernet.

Технологические устройства

Профиль PA Devices определяет для различных классов технологических устройств все функции и параметры, обычно используемые в технологических устройствах для потока сигналов от сигнала датчика от процесса к предварительно обработанному значению процесса, которое считывается в систему управления вместе со статусом измеренного значения. Профиль PA Devices содержит листы данных устройств для

1. Давление и перепад давления
2. Уровень, температура и скорость потока
3. Аналоговые и цифровые входы и выходы
4. Клапаны и приводы
5. Аналитическое оборудование

Расширенный физический уровень

Ethernet Расширенный физический уровень (Ethernet-APL) описывает физический уровень технологии связи Ethernet, специально разработанный для нужд перерабатывающей промышленности. Развитие Ethernet-APL было обусловлено необходимостью связи на высоких скоростях и на большие расстояния, подачи питания и сигналов связи по обычному одиночному кабелю витой пары (2-проводной), а также защитных мер для безопасного использования. во взрывоопасных зонах. Ethernet APL открывает возможность интеграции Profinet в технологические приборы.

Технология

Протоколы Profinet

Profinet использует следующие протоколы на разных уровнях модели OSI :

Уровень OSI		Профинет
7а	Приложение	Прикладной уровень полевой шины (FAL) Сервисы и протоколы				ОПЦ ЮА
7б		RSI	пустой	пустой	ПКП	--
6	Презентация				--
5	Сессия
4	Транспорт				UDP	TCP
3	Сеть				ИП
2	Канал передачи данных	ТСН		CSMA/CD
1	Физический	Ethernet

Уровни 1-2: преимущественно полнодуплексный режим со скоростью 100 Мбит/с по электрическому ( 100BASE-TX ) или оптическому ( 100BASE-FX ) стандарту IEEE 802.3. рекомендуется как подключения устройств. Автокроссовер использования перекрестных кабелей является обязательным для всех соединений, чтобы можно было избежать . Из IEEE 802.1Q VLAN используется с приоритетной маркировкой. Таким образом, всем данным реального времени присваивается максимально возможный приоритет 6, и поэтому они пересылаются коммутатором с минимальной задержкой.

Протокол Profinet можно записать и отобразить с помощью любого инструмента анализа Ethernet. Wireshark способен декодировать телеграммы Profinet.

Протокол обнаружения канального уровня (LLDP) был расширен дополнительными параметрами, так что в дополнение к обнаружению соседей можно передавать время распространения сигналов по линиям соединения.

Уровни 3–6: либо протокол интерфейса удаленного обслуживания (RSI), либо протокол удаленного вызова процедур для установки соединения и ациклических служб используется (RPC). Протокол RPC используется через протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) и интернет-протокол (IP) с использованием IP-адресов . Для этой цели протокол разрешения адресов (ARP) расширяется за счет обнаружения дубликатов IP-адресов. Протокол обнаружения и базовой конфигурации (DCP) является обязательным для назначения IP-адресов. При желании протокол динамической конфигурации хоста для этой цели также можно использовать (DHCP). В протоколе RSI не используются IP-адреса. Таким образом, IP может использоваться в операционной системе полевого устройства для других протоколов, таких как унифицированная архитектура OPC (OPC UA).

Уровень 7: Различные протоколы определены для доступа к сервисам прикладного уровня Fieldbus (FAL). Протокол RT (Real-Time) для приложений классов A и B с временем цикла в диапазоне 1–10 мс. Протокол IRT (изохронный режим реального времени) для класса приложений C обеспечивает время цикла менее 1 мс для приложений приводной техники. Этого также можно достичь с помощью тех же услуг через сеть, чувствительную ко времени (TSN).

Технология классов соответствия

Функциональные возможности Profinet IO реализуются с помощью различных технологий и протоколов:

показывать Технология и протоколы классов соответствия Profinet

Functionality Technology/Protocol CC-A CC-B CC-C CC-D Cyclic data exchange Acyclic parameter data Device diagnostics, alarms Device identification Topology information RT Read/Write Record Alarm Handling I&M 0 LLDP mandatory mandatory mandatory mandatory Multiple access to inputs Split device functions to controllers Extended device identification Shared Input Shared Device I&M 1-4 optional optional optional optional Network diagnostics Port related statistics SNMP PDEV - mandatory mandatory Mandatory System redundancy 2 controllers - mandatory for process automation optional optional Automatic addressing Configuration change during operation Time stamping of process data Media redundancy Fast restart LLDP, DCP DR IEC 61588 MRP FSU - optional optional optional Bandwidth reservation > 250 μs cycle time IRT - - mandatory - Bandwidth reservation < 250 μs Cycle time Clock synchronicity Optimized operating mode Media redundancy without latency IRT IRT, PTP DFP MRPD - - optional - Bandwidth reservation Clock synchronicity at 100 MB Optimized operating mode TSN TAS Frame Preemption - - - mandatory

Технология класса А (CC-A)

Основной функцией Profinet является циклический обмен данными между IO-контроллером как производителем и несколькими IO-устройствами как потребителями выходных данных, а также IO-устройствами как производителями и IO-контроллером как потребителем входных данных. Каждое взаимодействие данных ввода-вывода CR между контроллером ввода-вывода и устройством ввода-вывода определяет количество данных и время цикла.

Все устройства ввода-вывода Profinet должны поддерживать диагностику устройств и безопасную передачу сигналов тревоги через канал связи для сигналов тревоги Alarm CR .

Кроме того, параметры устройства можно считывать и записывать с помощью каждого устройства Profinet посредством ациклической связи Record Data CR . Набор данных для уникальной идентификации устройства ввода-вывода, набор данных идентификации и обслуживания 0 (I&M 0), должен быть установлен на всех устройствах ввода-вывода Profinet. Опционально дополнительная информация может быть сохранена в стандартизированном формате как I&M 1-4.

Для данных реального времени (циклические данные и аварийные сигналы) телеграммы Profinet Real-Time (RT) передаются напрямую через Ethernet. UDP/IP используется для передачи ациклических данных.

Управление отношениями с приложениями (AR)

Связь приложения (AR) устанавливается между IO-контроллером и каждым IO-устройством, которым нужно управлять. Внутри AR определяются необходимые CR. Жизненный цикл Profinet AR состоит из разрешения адреса, установления соединения, параметризации, обмена данными процесса ввода-вывода/обработки сигналов тревоги и завершения.

1. Разрешение адреса: устройство ввода-вывода Profinet идентифицируется в сети Profinet по имени его станции. Установление соединения, параметризация и обработка сигналов тревоги реализуются с помощью протокола пользовательских датаграмм (UDP), который требует, чтобы устройству также был назначен IP-адрес . После идентификации устройства по имени станции IO-контроллер присваивает устройству предварительно настроенный IP-адрес.
2. Установление соединения: Установление соединения начинается с отправки IO-контроллером запроса на соединение на IO-устройство. Запрос на соединение устанавливает связь приложения (AR), содержащую ряд связей связи (CR) между IO-контроллером и IO-устройством. В дополнение к AR и CR запрос на соединение определяет модульную конфигурацию устройства ввода-вывода, расположение кадров данных ввода-вывода процесса, циклическую скорость обмена данными ввода-вывода и сторожевой таймер . Подтверждение запроса на соединение со стороны устройства ввода-вывода позволяет выполнить параметризацию. С этого момента и устройство ввода-вывода, и контроллер ввода-вывода начинают обмениваться циклическими кадрами данных процесса ввода-вывода. На этом этапе кадры данных ввода-вывода процесса не содержат действительных данных, но они начинают служить в качестве системы поддержания активности, чтобы не допустить истечения срока действия сторожевого таймера.
3. Параметризация: IO-контроллер записывает данные параметризации в каждый субмодуль IO-устройства в соответствии с файлом языка разметки общего описания станции (GSDML). После настройки всех субмодулей IO-контроллер сигнализирует, что параметризация завершена. Устройство ввода-вывода реагирует, сигнализируя о готовности приложения, что позволяет осуществлять обмен данными процесса ввода-вывода и обработку сигналов тревоги.
4. Обмен данными ввода-вывода процесса / обработка сигналов тревоги: устройство ввода-вывода, за которым следует контроллер ввода-вывода, начинает циклически обновлять действительные данные ввода-вывода процесса . Контроллер ввода-вывода обрабатывает входы и управляет выходами устройства ввода-вывода. Уведомления о тревогах обмениваются ациклически между IO-контроллером и IO-устройством по мере возникновения событий и сбоев.
5. Прекращение: Соединение между IO-устройством и IO-контроллером прекращается по истечении срока действия сторожевого таймера. Срок действия сторожевого таймера истекает в результате сбоя при обновлении циклических данных ввода-вывода процесса контроллером ввода-вывода или устройством ввода-вывода. Если соединение не было намеренно разорвано на контроллере ввода-вывода, контроллер ввода-вывода попытается перезапустить отношение приложений Profinet.

Технология класса B (CC-B)

Помимо основных функций класса A, устройства класса B должны поддерживать дополнительные функции. Эти функции в первую очередь поддерживают ввод в эксплуатацию, эксплуатацию и обслуживание системы Profinet IO и предназначены для повышения доступности системы Profinet IO.

Поддержка сетевой диагностики с помощью простого протокола сетевого управления (SNMP) является обязательной. Аналогичным образом, протокол обнаружения канального уровня (LLDP) для обнаружения соседства, включая расширения для Profinet, должен поддерживаться всеми устройствами класса B. Сюда также входит сбор и предоставление статистики, связанной с портами Ethernet, для обслуживания сети. С помощью этих механизмов топологию сети Profinet IO можно считывать в любое время и отслеживать состояние отдельных соединений. Если топология сети известна, автоматическую адресацию узлов можно активировать по их положению в топологии. Это значительно упрощает замену устройства при техническом обслуживании, поскольку больше не нужно производить настройки.

Высокая доступность системы ввода-вывода особенно важна для приложений в области автоматизации процессов и технологического проектирования. По этой причине для устройств класса B с существующими взаимосвязями и протоколами были определены специальные процедуры. Это обеспечивает резервирование системы с двумя контроллерами ввода-вывода, имеющими одновременный доступ к одним и тем же устройствам ввода-вывода. Кроме того, существует предписанная процедура динамической реконфигурации (DR), позволяющая изменить конфигурацию IO-устройства с помощью этих избыточных связей без потери контроля над IO-устройством.

Технология класса C (CC-C)

Для функций класса соответствия C (CC-C) изохронный режим реального времени В основном используется протокол (IRT).

При резервировании полосы пропускания часть доступной полосы пропускания передачи 100 Мбит/с резервируется исключительно для задач реального времени. процедура, аналогичная методу временного мультиплексирования Используется . Полоса пропускания разделена на фиксированные времена цикла, которые, в свою очередь, делятся на фазы. Красная фаза зарезервирована исключительно для данных класса C в реальном времени , оранжевая фаза передает критичные ко времени сообщения, а зеленая фаза прозрачно пропускает другие сообщения Ethernet. Чтобы обеспечить прозрачную передачу максимального количества телеграмм Ethernet, длительность зеленой фазы должна быть не менее 125 мкс. Таким образом, время цикла менее 250 мкс невозможно в сочетании с неизмененным Ethernet.

Чтобы сократить время цикла до 31,25 мкс, телеграммы Ethernet зеленой фазы опционально разбиваются на фрагменты. Эти короткие фрагменты теперь передаются через зеленую фазу. Этот механизм фрагментации прозрачен для других участников Ethernet и поэтому не распознается.

Чтобы реализовать эти циклы шины для резервирования полосы пропускания, необходима точная синхронизация часов всех участвующих устройств, включая коммутаторы, с максимальным отклонением 1 мкс. Эта синхронизация часов реализована с помощью протокола точного времени (PTP) в соответствии со стандартом IEEE 1588-2008 (1588 V2) . Поэтому все устройства, участвующие в резервировании полосы пропускания, должны находиться в одном временном интервале.

Для приложений управления положением по нескольким осям или для процессов позиционирования в соответствии с PROFIdrive. При использовании профиля привода классов приложений 4–6 связь должна быть не только своевременной, но и действия различных приводов в сети Profinet также должны быть скоординированы и синхронизированы . часов Синхронизация прикладной программы с циклом шины позволяет реализовать функции управления, которые выполняются синхронно на распределенных устройствах.

Если несколько устройств Profinet подключены в линию ( последовательное соединение ), можно дополнительно оптимизировать циклический обмен данными с помощью Dynamic Frame Packing (DFP). Для этого контроллер помещает все выходные данные всех устройств в один кадр IRT. При прохождении кадра IRT каждое Устройство извлекает данные, предназначенные для устройства, т. е. кадр IRT становится все короче и короче. Для данных от различных устройств к контроллеру кадр IRT собирается динамически. Высокая эффективность DFP заключается в том, что размер кадра IRT всегда настолько велик, насколько это необходимо, и что данные от контроллера к устройствам могут передаваться в полнодуплексном режиме одновременно с данными от устройств к контроллеру.

Технология класса D (CC-D)

Класс D предлагает пользователю те же услуги, что и класс C, с той разницей, что эти услуги предоставляются с использованием механизмов чувствительных к времени сетей (TSN), определенных IEEE.

Интерфейс удаленного обслуживания (RSI) используется в качестве замены набора протоколов Интернета . Таким образом, это приложение класса D реализовано независимо от IP-адресов . Стек протоколов будет меньше и не зависит от будущих версий Интернета ( IPv6 ).

TSN — это не последовательное, автономное определение протокола, а совокупность различных протоколов с разными характеристиками, которые можно комбинировать практически произвольно для каждого приложения. Для использования в промышленной автоматизации в стандарте IEC/IEEE 60802 составлен подмножество «Объединенный профиль TSN для промышленной автоматизации». Подмножество используется в спецификации Profinet версии 2.4 для реализации класса D.

В этой спецификации проводится различие между двумя приложениями:

• изохронный циклический обмен данными с коротким, ограниченным временем задержки (изохронное циклическое реальное время) для приложений управления движением и распределенного управления . технологий
• Циклический обмен данными с ограниченным временем ожидания (Cyclic Real Time) для общих задач автоматизации.

Для изохронного обмена данными часы участников должны быть синхронизированы. Для этого используются спецификации протокола точного времени согласно IEC 61588 для синхронизации времени с TSN. соответственно адаптированы.

Телеграммы располагаются в очередях в соответствии с приоритетами, указанными в теге VLAN . Формирователь с учетом времени (TAS) теперь определяет тактовый импульс, с помощью которого отдельные очереди обрабатываются в коммутаторе. Это приводит к процедуре временных интервалов, в которой изохронные циклические данные передаются с наивысшим приоритетом, а циклические данные - со вторым приоритетом перед всеми ациклическими данными. Это уменьшает время задержки , а также дрожание циклических данных. Если телеграмма данных с низким приоритетом длится слишком долго, она может быть прервана циклической телеграммой данных с высоким приоритетом и впоследствии передана дальше. Эта процедура называется вытеснением кадра. и является обязательным для CC-D.

Реализация интерфейса Profinet

Для реализации интерфейса Profinet в качестве контроллера или устройства для Profinet не требуется никаких дополнительных требований к оборудованию (CC-A и CC-B), которые не могут быть выполнены с помощью обычного интерфейса Ethernet ( 100BASE-TX или 100BASE-FX ). Для реализации более простой топологии линии коммутатор рекомендуется установить в устройство с двумя портами.

Для реализации устройств класса C (CC-C) требуется расширение аппаратного обеспечения синхронизацией времени с помощью протокола точного времени (PTP) и функциями резервирования полосы пропускания. Для устройств класса D (CC-D) оборудование должно поддерживать необходимые функции чувствительных к времени сетей (TSN) в соответствии со стандартами IEEE .

Способ реализации зависит от конструкции и производительности устройства, а также ожидаемого количества. Альтернативы:

• Собственная разработка или у поставщика услуг
• Использование готовых строительных блоков или индивидуальный дизайн.
• Исполнение в фиксированной конструкции ASIC , реконфигурируемой по технологии FPGA , в виде подключаемого модуля или в качестве программного компонента.

История

На общем собрании организации пользователей Profibus в 2000 году первые конкретные дискуссии о преемнике Profibus на базе Ethernet состоялись . Всего год спустя первая спецификация компонентной автоматизации (CBA) была опубликована и представлена ​​на Ганноверской ярмарке. В 2002 году Profinet CBA стал частью международного стандарта IEC 61158 / IEC 61784-1 .

Система Profinet CBA состоит из различных компонентов автоматизации. Один компонент включает в себя все механические, электрические и информационные переменные. Компонент мог быть создан с помощью обычных инструментов программирования. Для описания компонента описания компонента Profinet создается файл в формате XML (PCD) . Инструмент планирования загружает эти описания и позволяет создавать логические связи между отдельными компонентами для реализации установки.

Основная идея Profinet CBA заключалась в том, что во многих случаях можно разделить всю систему автоматизации на автономно работающие и, следовательно, управляемые подсистемы. Структуру и функциональность вполне можно обнаружить у нескольких растений в идентичной или слегка измененной форме. Такие так называемые компоненты Profinet обычно управляются управляемым количеством входных сигналов. Внутри компонента написанная пользователем программа управления выполняет необходимые функции и отправляет соответствующие выходные сигналы на другой контроллер. Связь в компонентной системе планируется, а не программируется. Связь с Profinet CBA была подходящей для времени цикла шины ок. от 50 до 100 мс.

Отдельные системы показывают, как эти концепции могут быть успешно реализованы в приложении. Однако Profinet CBA не нашел ожидаемого признания на рынке и больше не будет включен в стандарт IEC 61784-1, начиная с 4-го издания 2014 года.

В 2003 году была опубликована первая спецификация Profinet IO (IO = ввод-вывод). Прикладной интерфейс Profibus пользовавшегося успехом на рынке DP (DP = Decentralized Periphery) был принят и дополнен актуальными протоколами из Интернета. В следующем году следует расширение с изохронной передачей, что делает Profinet IO подходящим для приложений управления движением. Profisafe адаптирован таким образом, что его можно использовать и через Profinet. Благодаря четкой приверженности AIDA Profinet в 2004 году дано признание на рынке. В 2006 году Profinet IO становится частью международного стандарта IEC 61158 / IEC 61784-2 .

В 2007 году, по нейтральным подсчетам, уже было установлено 1 миллион устройств Profinet, в следующем году это число удвоится и составит 2 миллиона. К 2019 году всего 26 млн. Сообщается об устройствах, продаваемых различными производителями.

В 2019 году спецификация Profinet была дополнена временной сетью (TSN), таким образом вводя класс соответствия CC-D.

Дальнейшее чтение

• Пауэлл, Джеймс; Ванделинде, Генри. Перехват процесса Fieldbus: введение в Profibus и Profinet . PI Северная Америка, скачать бесплатно.

• Попп, Манфред (2015). Промышленная связь с PROFINET . Организация пользователей PROFIBUS eV (PNO). Номер заказа: 4.182.

• Сю, Цзи (12 июля 2019 г.). PROFINET на практике: установка, обслуживание, проектирование и системное проектирование . Независимо опубликовано. ISBN  978-1-07707-721-8 .

• Пиган, Раймонд; Меттер, Марк (3 декабря 2008 г.). Автоматизация с помощью PROFINET: промышленная связь на основе промышленного Ethernet . Публилис. ISBN  978-3-89578-294-7 .

Внешние ссылки

• PROFIBUS и PROFINET Международный (PI)
• Страница технологии PROFINET
• ПРОФИБУС Международный
• Интернет-портал PROFIsafe
• Университет ПРОФИНЕТ
• Wireshark PROFINET Wiki
• Стек сообщества PROFINET
• p-net — стек устройств PROFINET с открытым исходным кодом.