Η τεχνολογία Profinet αναπτύχθηκε και δημοσιεύτηκε από PROFIBUS & PROFINET International στις αρχές του 2000. Το PROFINET είναι μια καινοτόμος και ανοιχτών προδιαγραφών βιομηχανική λύση Ethernet που χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ ελεγκτών και συσκευών στο βιομηχανικός αυτοματισμός . Η ιδέα PROFINET ικανοποιεί απλώς όλες τις απαιτήσεις τεχνολογίας βιομηχανικού αυτοματισμού χρησιμοποιώντας πρότυπα πληροφορικής όπως TCP/IP & XML για την επικοινωνία, τη διαμόρφωση και τη διάγνωση των συσκευών/μηχανημάτων πεδίου. Έτσι, είναι η καλά υιοθετημένη λύση Industrial Ethernet. Έτσι, αυτό το άρθρο παρέχει σύντομες πληροφορίες σχετικά με το Profibus – εργασία με εφαρμογές.

Τι είναι το Profinet;

Το PROFINET (πεδίο διεργασίας Net) είναι ένα βιομηχανικό πρότυπο επικοινωνίας που βασίζεται σε διεθνή πρότυπα που έχουν σχεδιαστεί για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ συσκευών και ελεγκτών σε ένα σύστημα βιομηχανικού ελέγχου. Εδώ, οι ελεγκτές είναι PLC, PAC ή DCS, ενώ οι συσκευές είναι συστήματα όρασης, μπλοκ εισόδου/εξόδου, συσκευές ανάγνωσης RFID, όργανα διεργασίας, μονάδες δίσκου, διακομιστής μεσολάβησης κ.λπ. Δεδομένου ότι αυτό είναι ένα ανοιχτό πρότυπο, τόσοι πολλοί κατασκευαστές έχουν σχεδιάσει προϊόντα PROFINET όπως τα PAC, PLC, Robots, Drives, IO, Proxies & διαγνωστικά εργαλεία.

Χρησιμοποιώντας αυτό το πρότυπο βιομηχανικής επικοινωνίας, μπορούμε να συνδέσουμε το HMI, PLC , Κατανεμημένα I/O, α αισθητήρας , διαφορετικά πομπούς , VFD και ενεργοποιητές σε ένα μόνο δίκτυο. Το Profinet παρέχει ταχύτερο χρόνο απόκρισης και έτσι η συλλογή δεδομένων γίνεται ακόμα καλύτερη.

Το Industrial Profinet διατίθεται με θωράκιση που προσφέρει ανώτερη απόδοση σε ένα ηλεκτρικά θορυβώδες περιβάλλον. Για να προσδιορίσετε τις συσκευές Profinet, θα πρέπει να οριστεί από το όνομα της συσκευής με τη διεύθυνση IP. Κάθε συσκευή σε ένα δίκτυο θα πρέπει να εκχωρείται με διεύθυνση IP για επικοινωνία. Το Profinet χρησιμοποιείται ως απομακρυσμένο I/O παρόμοιο με το Profibus-DP για να παρέχει πολύ γρήγορη ταχύτητα επικοινωνίας.

Στο μεγαλύτερο δίκτυο, χρησιμοποιείται ένας διακόπτης δικτύου για τη σύνδεση του Profinet για απλή διανομή. Η συσκευή του profinet αναγνωρίζεται μέσω έγκυρων διευθύνσεων IP. Για παράδειγμα, εάν η συσκευή profinet έχει διεύθυνση IP 191.127.0.20 όπου τα τρία πρώτα ψηφία περιλαμβάνουν πληροφορίες δικτύου και το τελευταίο ψηφίο είναι αριθμός συσκευής.

Αρχιτεκτονική ProfiNet

Το PROFINET είναι ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας που έχει σχεδιαστεί κυρίως για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ ελεγκτών καθώς και συσκευών εντός μιας ρύθμισης αυτοματισμού. Είναι λοιπόν η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη βιομηχανική λύση Ethernet. Καθώς το PROFINET είναι ένα ανοιχτό πρότυπο, τότε αρκετοί κατασκευαστές έχουν αναπτύξει διαφορετικά προϊόντα της PROFINET όπως PLC, Robots, PAC, Proxies, IO, διαγνωστικά εργαλεία, Drives κ.λπ.
Το PROFINET ορίζει απλώς την κυκλική και ακυκλική επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών εξαρτημάτων όπως διαγνωστικά, συναγερμοί, λειτουργική ασφάλεια και πρόσθετες πληροφορίες. Έτσι, το PROFINET χρησιμοποιεί τυπικό Ethernet ως μέσο επικοινωνίας για τη σύνδεση αυτών των στοιχείων.

Τα στοιχεία PROFINET σε ένα δίκτυο συνδέονται με καλώδια Ethernet και επιτρέπει σε άλλα πρωτόκολλα Ethernet να συνυπάρχουν σε παρόμοια υποδομή. Εκτός από το PROFINET, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε άλλα πρωτόκολλα που βασίζονται στο Ethernet για να εξισορροπήσετε το δίκτυο όπως SNMP, OPC UA, HTTP ή MQTT.
Η αρχιτεκτονική ProfiNet βασίζεται σε ISO/ Μοντέλο OSI φαίνεται παρακάτω. Το PROFINET ζει σε 7 επίπεδα της λειτουργίας ISO/OSI που είναι το επίπεδο εφαρμογής. Γενικά, αυτό το μοντέλο ISO/OSI επτά επιπέδων ορίζει απλώς τα επίπεδα αφαίρεσης του συστήματος επικοινωνίας.

Αρχιτεκτονική Profinet

Λειτουργεί το ProfiNet

Ο βιομηχανικός αυτοματισμός χρειάζεται συχνά επικοινωνία υψηλής ταχύτητας καθώς και ντετερμινιστική, που σημαίνει παράδοση μηνυμάτων ακριβώς τη στιγμή που αναμένονται. Έτσι, το PROFINET θα πρέπει να βεβαιωθεί ότι τα μηνύματα παραδίδονται με την κατάλληλη ταχύτητα και ντετερμινισμό με βάση την εργασία. Αλλά δεν χρειάζονται όλες οι εφαρμογές παρόμοια απόδοση.

Το PROFINET παρέχει δεδομένα χρησιμοποιώντας διαφορετικά κανάλια επικοινωνίας όπως φαίνεται στην παραπάνω αρχιτεκτονική για να εξασφαλίσει την κατάλληλη απόδοση όπως TCP/IP ή UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) και TSN (Time Sensitive Networking).

Το PROFINET χρησιμοποιεί TCP/IP διαφορετικά επικοινωνία UDP/IP, ειδικά για μη κρίσιμες εργασίες όπως η διαμόρφωση καθώς και η παραμετροποίηση. Λόγω του πρόσθετου λανθάνοντος χρόνου και του jitter που συνδέονται με την επικοινωνία που βασίζεται σε IP, αυτή η τεχνική είναι ακατάλληλη για εργασίες κρίσιμες για το χρόνο.

Το PROFINET χρησιμοποιεί ένα κανάλι RT για την παράδοση δεδομένων με πολύ γρήγορο και ντετερμινιστικό τρόπο για χρήση σε εφαρμογές που βασίζονται σε χρόνο κρίσιμο. Το PROFINET RT ικανοποιεί τις ανάγκες της πλειονότητας των κρίσιμων για το χρόνο εφαρμογών. Έτσι, η συνολική απόδοση εξαρτάται κυρίως από το σχεδιασμό του δικτύου, ωστόσο, μπορείτε να επιτύχετε χρόνους κύκλου από 250 µs – 512 ms. Έτσι, δεν χρειάζεστε ειδική διαμόρφωση ή υλικό για να χρησιμοποιήσετε τον μηχανισμό σε πραγματικό χρόνο της PROFINET, επειδή όλα τα προϊόντα της PROFINET είναι εξοπλισμένα με αυτή τη χωρητικότητα.

Το PROFINET IRT χρησιμοποιείται για την αύξηση της απόδοσης έτσι ώστε να μειώνει τις μεταβλητές καθυστερήσεις δεδομένων αυξάνοντας τους κανόνες που χρησιμοποιούνται για την εναλλαγή της κυκλοφορίας Ethernet και δημιουργώντας επίσης ειδικούς κανόνες για την κυκλοφορία του PROFINET. Αυτό το IRT είναι προαιρετικό και απαιτείται μόνο σε εφαρμογές που βασίζονται ακριβώς σε υψηλές επιδόσεις, όπως πιεστήρια εκτύπωσης και μηχανές συσκευασίας.

Η πιο πρόσφατη προδιαγραφή PROFINET V2.4 εκκινεί ένα τέταρτο κανάλι επικοινωνίας όπως το PROFINET μέσω TSN. Αυτή είναι μια νέα τεχνολογία που βρίσκεται στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων στο μοντέλο ISO/OSI. Είναι ένα σύνολο προτύπων IEEE 802 που χρησιμοποιείται για να κάνει το Ethernet ντετερμινιστικό από προεπιλογή. Μερικά από τα πρότυπα IEEE είναι: IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018.

Τύποι ProfiNet

Τα Profinets διατίθενται σε δύο τύπους με βάση τα καλώδια που χρησιμοποιούνται όπως καλώδια χαλκού και καλώδια οπτικών ινών.

Καλώδιο από χαλκό Profinet

Αυτό είναι ένα καλώδιο πράσινου χρώματος και θωρακισμένο με 4 σύρματα και υποστηρίζει έως και 100 Mbps Fast Ethernet σε απόσταση 100 μέτρων. Με τη χρήση αυτού του καλωδίου, επιτυγχάνεται μετάδοση Full Duplex που σημαίνει ότι τα δεδομένα μεταδίδονται σε δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Επιπλέον, για ρυθμούς μετάδοσης 1 Gbps, χρησιμοποιούνται καλώδια χαλκού 8 πυρήνων.

Χάλκινο καλώδιο ProfiNet

Τα χάλκινα καλώδια PROFINET διατίθενται σε τέσσερις τύπους τύπου Α, τύπου Β, τύπου R & τύπου C.

Τα καλώδια χαλκού τύπου Α χρησιμοποιούνται κυρίως για σταθερές εγκαταστάσεις.
Τα καλώδια χαλκού τύπου Β χρησιμοποιούνται όπου υπάρχει κάμψη. Αυτοί οι τύποι καλωδίων μπορούν να αντισταθούν σε κραδασμούς ή περιστασιακές κινήσεις.
Τα χάλκινα καλώδια τύπου R χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ρομπότ.
Τα χάλκινα καλώδια τύπου C χρησιμοποιούνται σε εξειδικευμένες εφαρμογές και μπορούν να αντισταθούν στην κίνηση καθώς και σε δυναμικά περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, περιστροφικές μηχανές.
Υπάρχουν επίσης και άλλα χάλκινα καλώδια, όπως τα συρόμενα καλώδια που χρησιμοποιούνται για κινούμενα μέρη, τα θαμμένα καλώδια που χρησιμοποιούνται σε υπόγειες επικοινωνίες και τα επιβραδυντικά φλόγας μη διαβρωτικά καλώδια που χρησιμοποιούνται για πυροπροστασία.

Καλώδια οπτικών ινών Profinet

Αυτά τα καλώδια χρησιμοποιούν δύο παράλληλα καλώδια που χρησιμοποιούνται για τη συναρμολόγηση των συνδετήρων απευθείας. Αυτοί οι τύποι καλωδίων έχουν ταχύτητες έως και 100 Mbit/s και επίσης επικοινωνία full duplex.

Καλώδιο οπτικών ινών

Αυτοί οι τύποι καλωδίων παρέχουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως μπορούν να καλύψουν χιλιόμετρα αποστάσεων και παρέχουν πλήρη ηλεκτρική απομόνωση μεταξύ των περιοχών των εγκαταστάσεων. Επιπλέον, αυτά τα καλώδια είναι ανθεκτικά σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Αυτά τα καλώδια είναι διαθέσιμα σε δύο τύπους Τύπου Β & Τύπου Γ όπου τα καλώδια τύπου Β χρησιμοποιούνται για ευέλικτη ή σταθερή χρήση και τα καλώδια τύπου C χρησιμοποιούνται για ειδικές εφαρμογές όπως κραδασμούς, μόνιμη κίνηση κ.λπ.

ProfiNet εναντίον Ethernet

ο διαφορές μεταξύ Profinet και Ethernet συζητούνται παρακάτω.

Profinet	Ethernet
Το PROFINET είναι η βιομηχανική λύση Ethernet που αναπτύσσεται από την PROFIBUS & PI (PROFINET International).	Το Ethernet είναι ένα πολύ διάσημο μέσο επικοινωνίας δικτύου που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία δικτύων παγκοσμίως.
Χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ συσκευών και ελεγκτών.	Χρησιμοποιείται για τη σύνδεση κόμβων σε ένα LAN.
Το PROFINET βρίσκεται στο επίπεδο εφαρμογής του μοντέλου ISO/OSI επειδή είναι μια εφαρμογή.	Το Ethernet βρίσκεται στο (το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων.
Σε σύγκριση με το Ethernet, λειτουργεί με πολύ υψηλές ταχύτητες μετάδοσης.	Η ταχύτητα μετάδοσης του είναι χαμηλή.

ProfiNet εναντίον Profibus

ο διαφορές μεταξύ Profinet και Profibus συζητούνται παρακάτω.

ProfiNet	Profibus
Το πρωτόκολλο Profinet είναι ένα πρωτόκολλο επιπέδου κέντρου ελέγχου & επιπέδου ελεγκτή.	Το πρωτόκολλο Profibus είναι ένα πρωτόκολλο σε επίπεδο ελεγκτή.
Χρησιμοποιεί τοπολογία διαύλου.	Χρησιμοποιεί μια τοπολογία token ring.
Τρέχει σε Ethernet που είναι ένα στοχαστικό σύστημα.	Λειτουργεί RS485 που είναι ένα σύστημα λεωφορείων.
Το καλώδιο που χρησιμοποιείται σε αυτό το πρωτόκολλο είναι ένα καλώδιο 4 ζευγαριών.	Το καλώδιο που χρησιμοποιείται σε αυτό το πρωτόκολλο είναι ένα συνεστραμμένο ζεύγος θωρακισμένο καλώδιο.
Το μέγιστο μήκος του καλωδίου ανάμεσα σε δύο επαναλήπτες είναι 100 μέτρα.	Το μέγιστο μήκος του καλωδίου ανάμεσα σε δύο επαναλήπτες κυμαίνεται από 100 έως 200 μέτρα με βάση τον ρυθμό μετάδοσης bit που χρησιμοποιείται.
Η ταχύτητα Profinet είναι 1Gbit/sec ή 100Mbit/sec.	Η ταχύτητα Profibus είναι 12 Mbit/sec.
Διαθέτει ρυθμιζόμενους χρόνους κύκλου για κάθε συσκευή.	Έχει σταθερούς χρόνους κύκλου για κάθε συσκευή.

Σύνδεσμος Profinet

Οι σύνδεσμοι Profinet είναι ειδικά σχεδιασμένοι για τους τερματισμούς των καλωδίων profinet. Αυτοί οι σύνδεσμοι είναι πολύ δημοφιλείς λόγω της οικονομικής τους τιμής και της απλής χρήσης τους. Έτσι, αυτά είναι φιλικά προς το χρήστη, συνδέονται γρήγορα, παρέχουν υψηλή απόδοση, η δομή τους είναι άκαμπτη, αντοχή σε κραδασμούς και επίσης χωρίς συντήρηση.

Τοπολογία ProfiNet

Στον σχεδιασμό δικτύου, η ευελιξία & η διάταξη είναι τα κύρια χαρακτηριστικά του PROFINET. Υποστηρίζει περίπου απεριόριστες επιλογές συνδυασμού όταν χρησιμοποιούνται όλες οι τυπικές τοπολογίες Ethernet. Υπάρχουν διαφορετικές θεμελιώδεις τοπολογίες PROFINET εκεί, επομένως, η σωστή επιλογή τοπολογίας είναι σημαντική για το σχεδιασμό της εγκατάστασης αυτοματισμού PROFINET. Μετά από αυτόν τον σχεδιασμό, η τοπολογία πρέπει να προσαρμοστεί. Για να ρυθμίσετε την τοπολογία profinet, ενδέχεται να απαιτούνται επιπλέον διακόπτες. Οι διαφορετικές βασικές τοπολογίες PROFINET είναι διαθέσιμες όπως τοπολογίες αστεριών, δέντρων και γραμμών.

Τοπολογία αστεριών

“μόλις λάβατε μια παραγγελία διαφόρων στοιχείων του συστήματος ”

Η τοπολογία αστεριών είναι κατάλληλη για περιοχές που περιλαμβάνουν μερική γεωγραφική επέκταση. Αυτή η τοπολογία δημιουργείται αυτόματα εάν πολλοί κόμβοι επικοινωνίας συνδέονται με έναν γενικό διακόπτη. Εάν ο κόμβος ενός μόνο PROFINET αποτύχει ή αποκολληθεί, τότε άλλοι κόμβοι του PROFINET θα λειτουργούν συνεχώς. Αλλά, εάν ο μεσαίος διακόπτης αποτύχει, τότε η επικοινωνία θα διακοπεί σε όλους τους συνδεδεμένους κόμβους.

Τοπολογία αστεριών

Τοπολογία δέντρων

Μια τοπολογία δέντρου σχηματίζεται συνδέοντας διάφορα δίκτυα αστεριών σε ένα μόνο δίκτυο. Η λειτουργική μονάδα σχηματίζεται από τα μέρη του εργοστασίου αυτοματισμού που είναι ενωμένα σε σημεία αστεριών. Έτσι, αυτά διαδικτυώνονται μέσω γειτονικών διακοπτών. Στο σημείο αστεριού, ένας μόνο διακόπτης λειτουργεί σαν διανομέας σήματος.

Τοπολογία δέντρων

Τοπολογία Γραμμών

Η τοπολογία γραμμής χρησιμοποιείται ευρέως σε εγκαταστάσεις αυτοματισμού για μεταφορικούς ιμάντες και χρησιμοποιείται επίσης σε εφαρμογές μικρών μηχανών. Οι συσκευές της PROFINET είναι εξοπλισμένες με ενσωματωμένο διακόπτη για να βοηθούν τις τοπολογίες γραμμής στην αναγνώριση. Μόλις προκύψει διακοπή γραμμής όταν χρησιμοποιούνται τοπολογίες γραμμής, τότε δεν είναι πλέον δυνατή η επαφή με τις συσκευές που είναι τοποθετημένες μετά την αποτυχημένη συσκευή. Έτσι, αυτό μπορεί να αποφευχθεί επεκτείνοντας τη γραμμή σε μια φόρμα δακτυλίου με πρωτόκολλο πλεονασμού.

Τοπολογία Γραμμών

Πλεονεκτήματα

ο Πλεονεκτήματα ProfiNet περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

Το PROFINET σας παρέχει τους καλύτερους τρόπους για να βελτιώσετε την παραγωγικότητά σας με τέσσερα σημαντικά πλεονεκτήματα ευελιξία, διαφάνεια, απόδοση και αποδοτικότητα.
Υψηλή λειτουργική διαθεσιμότητα και αξιοπιστία.
Προσβασιμότητα Διαφανών δεδομένων.
Εύκολος και άψογος συνδυασμός καθιερωμένων συστημάτων Fieldbus μέσω πυλών/διακομιστών μεσολάβησης.
Έχει ουσιαστικές και λεπτομερείς διαγνωστικές επιλογές.
Χρησιμοποιώντας το Profinet, μπορούμε να εκτελέσουμε διαφορετικές επιλογές τοπολογίας όπως αστέρι, γραμμή, δαχτυλίδι και δέντρο.
Προσφέρει αναγνώριση και διάγνωση τοπολογίας για γρήγορη και έμπειρη θέση σε λειτουργία του δικτύου.
Η λειτουργική ασφάλεια του Profibus αποφεύγει τους κινδύνους λόγω της ψευδούς λειτουργίας των βιομηχανικών μηχανημάτων

Εφαρμογές

ο εφαρμογές του ProfiNe να περιλαμβάνει τα ακόλουθα.

Το PROFINET χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές όπως αυτοματοποίηση διεργασιών, παραγωγή, ασφάλεια και εφαρμογές ελέγχου ισόχρονων κινήσεων.
Το PROFINET χρησιμοποιείται σε όλους τους τομείς μηχανικής αυτοματισμού.
Αυτή είναι μια ανοιχτή λύση Industrial Ethernet που βασίζεται σε διεθνή πρότυπα που χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ συσκευών και ελεγκτών εντός μιας ρύθμισης αυτοματισμού.
Το πεδίο διεργασίας Net χρησιμοποιείται από τη Siemens PLC.
Το PROFINET χρησιμοποιείται σε διαφορετικούς τομείς για την εφαρμογή λύσεων αυτοματισμού όπως αυτοματισμός διαδικασιών, αυτοματισμός κτιρίων και αυτοματισμός εργοστασίων.
Το PROFINET χρησιμοποιείται μέσω Industrial Ethernet για επικοινωνία δεδομένων.
Χρησιμοποιείται γενικά στη διαδικασία αυτοματισμού για την αλλαγή και τον έλεγχο μέσων όπως υγρά και αέρια.
Αυτά χρησιμοποιούνται επίσης σε διάφορους τομείς όπως η παροχή αερίου καυσίμου, ο αυτοματισμός και ο έλεγχος για την επεξεργασία λυμάτων ή νερού.
Χρησιμοποιείται για την επεξεργασία φυτών στη βιομηχανία ποτών, γαλακτοκομεία και για την παραγωγή τροφίμων.
Εφαρμόζεται σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών όπως το φυσικό αέριο, η αυτοκινητοβιομηχανία, το πετρέλαιο, η εφοδιαστική και πολλά άλλα.

Επομένως, πρόκειται για όλα μια επισκόπηση ενός Profinet τεχνολογία – εργασία με εφαρμογές. Αυτό είναι το πιο σημαντικό βιομηχανικό πρότυπο Ethernet στην αγορά. Πρόκειται για τεχνολογία προσανατολισμένη στο μέλλον και καθιερωμένη παγκοσμίως, η οποία υποστηρίζεται από πολλούς προμηθευτές προϊόντων για τη διασφάλιση της προστασίας των επενδύσεων και της μακροπρόθεσμης διαθεσιμότητας. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι το Profibus;