מה זה ProfiNet: ארכיטקטורה, עבודה, סוגים ויישומיה

טכנולוגיית Profinet פותחה ופורסמה על ידי PROFIBUS & PROFINET International בתחילת 2000. PROFINET הוא פתרון Ethernet תעשייתי חדשני ופתוח המשמש להחלפת הנתונים בין בקרים והתקנים ב אוטומציה תעשייתית . תפיסת PROFINET פשוט עונה על כל דרישות טכנולוגיית האוטומציה התעשייתית על ידי שימוש בתקני IT כמו TCP/IP ו-XML לתקשורת, קביעת תצורה ואבחון של מכשירי/מכונות השטח. אז זהו פתרון ה-Ethernet התעשייתי המאומץ היטב. אז, מאמר זה נותן מידע קצר על Profibus - עבודה עם יישומים.

מה זה Profinet?

PROFINET (Process field Net) הוא תקן תקשורת תעשייתי המבוסס על תקנים בינלאומיים אשר מיועדים להחלפת נתונים בין מכשירים ובקרים במערכת בקרה תעשייתית. כאן, בקרים הם PLCs,  PACs או DCSs, בעוד שהמכשירים הם מערכות ראייה, בלוקים I/O, קוראי RFID, מכשירי תהליך, כוננים, פרוקסי וכו'. מכיוון שזהו תקן פתוח, כל כך הרבה יצרנים עיצבו מוצרי PROFINET כמו PACs, PLCs, רובוטים, כוננים, IO, Proxies וכלי אבחון.

על ידי שימוש בתקן תקשורת תעשייתי זה, אנו יכולים לחבר HMI, PLC , קלט/פלט מבוזר, א חיישן , שונה משדרים , VFD ומפעילים ברשת אחת. Profinet מספקת זמן תגובה מהיר יותר ולכן איסוף הנתונים הופך אפילו טוב יותר.

Profinet תעשייתי זמין עם מיגון המעניק ביצועים מעולים בסביבה רועשת חשמלית. כדי לזהות התקני Profinet, יש להגדיר אותו לפי שם המכשיר עם כתובת ה-IP. כל מכשיר בתוך רשת צריך להיות מוקצה לפי כתובת IP כדי לתקשר. Profinet משמש כ-I/O מרוחק בדומה ל-Profibus-DP כדי לספק מהירות תקשורת מהירה מאוד.

ברשת הגדולה יותר, מתג רשת משמש לחיבור Profinet להפצה פשוטה. המכשיר של profinet מזוהה באמצעות כתובות IP חוקיות. לדוגמה, אם למכשיר ה-Profinet יש כתובת IP 191.127.0.20 כאשר שלוש הספרות הראשונות כוללות מידע רשת והספרה האחרונה היא מספר מכשיר.

ארכיטקטורת ProfiNet

PROFINET הוא פרוטוקול תקשורת המיועד בעיקר להחלפת נתונים בין בקרים וכן התקנים בתוך הגדרת אוטומציה. אז זהו פתרון ה-Ethernet מבוסס התעשייתי הנפוץ ביותר. מכיוון ש-PROFINET הוא תקן פתוח, אז מספר יצרנים פיתחו מוצרים שונים של PROFINET כמו PLCs, רובוטים, PACs, Proxies, IOs, כלי אבחון, כוננים וכו'.
PROFINET פשוט מגדירה תקשורת מחזורית וא-מחזורית בין רכיבים שונים כמו אבחון, אזעקות, בטיחות תפקודית ומידע נוסף. לכן, PROFINET משתמש ב-Ethernet סטנדרטי כאמצעי תקשורת לחיבור רכיבים אלה.

רכיבי PROFINET ברשת מחוברים באמצעות כבלי Ethernet והוא מאפשר פרוטוקולי Ethernet אחרים להתקיים במקביל בתשתית דומה. בנוסף ל-PROFINET, אתה יכול להשתמש בפרוטוקולים אחרים המבוססים על Ethernet כדי לאזן את הרשת כמו SNMP, OPC UA, HTTP או MQTT.
ארכיטקטורת ProfiNet המבוססת על ISO/ דגם OSI מוצג להלן. ה-PROFINET חי ב-7 שכבות של מצב ISO/OSI שהיא שכבת היישום. באופן כללי, מודל ISO/OSI בן שבע השכבות הזה פשוט מגדיר את שכבות ההפשטה של ​​מערכת התקשורת.

ProfiNet עובד

אוטומציה תעשייתית זקוקה לעיתים קרובות לתקשורת מהירה כמו גם דטרמיניסטית שמשמעותה העברת מסרים בדיוק ברגע שהם צפויים. לכן, PROFINET צריך לוודא שההודעות מועברות במהירות ובדטרמיניזם מתאימים על סמך המשימה. אבל לא כל האפליקציות זקוקות לביצועים דומים.

PROFINET מספקת נתונים באמצעות ערוצי תקשורת שונים כפי שמוצג בארכיטקטורה לעיל כדי להבטיח ביצועים מתאימים כמו TCP/IP או UDP/IP, RT (PROFINET בזמן אמת) IRT (זמן אמת איזוכרוני) ו-TSN (רשת רגישות לזמן).

PROFINET משתמשת ב-TCP/IP אחרת בתקשורת UDP/IP, במיוחד עבור משימות קריטיות שאינן בזמן כמו תצורה כמו גם פרמטריזציה. בגלל ההשהיה והריצוד הנוספים הקשורים לתקשורת המבוססת על IP, טכניקה זו אינה מתאימה למשימות קריטיות בזמן.

PROFINET משתמשת בערוץ RT לאספקת נתונים בצורה מהירה ודטרמיניסטית מאוד לשימוש ביישומים מבוססי זמן קריטיים. PROFINET RT ממלא את הצרכים של רוב היישומים הקריטיים לזמן. אז הביצועים הכוללים תלויים בעיקר בעיצוב הרשת, עם זאת, אתה יכול להגיע לזמני מחזור מ-250 µs - 512 ms. לכן, אינך דורש תצורה או חומרה מיוחדים כדי להשתמש במנגנון בזמן אמת של PROFINET מכיוון שכל המוצרים של PROFINET מצוידים בקיבולת זו.

PROFINET IRT משמש להגברת הביצועים כך שהוא מפחית את עיכובי הנתונים הניתנים לשינוי על ידי הגדלת הכללים המשמשים למעבר תעבורת Ethernet וגם יצירת כללים מיוחדים לתעבורה של PROFINET. IRT זה אופציונלי ונדרש רק ביישומים מבוססי ביצועים גבוהים בדיוק כמו מכונות דפוס ומכונות אריזה.

מפרט PROFINET העדכני ביותר V2.4 משיק ערוץ תקשורת רביעי כמו PROFINET דרך TSN. זוהי טכנולוגיה חדשה שיושבת על שכבת קישור הנתונים במודל ISO/OSI. זוהי קבוצה של תקני IEEE 802 המשמשת להפיכת אתרנט לדטרמיניסטית כברירת מחדל. חלק מתקני IEEE הם; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB ו-IEEE 802.1Q-2018.

סוגי ProfiNet

Profinets זמינים בשני סוגים המבוססים על כבלים המשמשים כמו כבלי נחושת ו כבלים סיבים אופטיים.

כבל נחושת של Profinet

זהו כבל מוגן בצבע ירוק עם 4 חוטים והוא תומך בעד 100 Mbps Ethernet מהיר במרחק של 100 מטר. באמצעות כבל זה מושגת שידור דופלקס מלא, כלומר הנתונים מועברים בשני כיוונים בו זמנית. בנוסף, עבור קצבי שידור של 1 Gbps, נעשה שימוש בכבלי נחושת בעלי 8 ליבות.

כבלי הנחושת של PROFINET זמינים בארבעה סוגים מסוג A, סוג B, סוג R וסוג C.

• כבלי נחושת מסוג A משמשים בעיקר להתקנות קבועות.
• כבלי נחושת מסוג B משמשים במקומות שבהם קיים כיפוף. כבלים מסוג זה יכולים לעמוד בפני רעידות או תנועה מדי פעם.
• כבלי נחושת מסוג R משמשים ביישומי רובוט.
• כבלי נחושת מסוג C משמשים ביישומים מיוחדים והם יכולים להתנגד לתנועה כמו גם לסביבות דינמיות. למשל, מכונות סיבוביות.
• ישנם גם כבלי נחושת אחרים כמו כבלים נגררים המשמשים לחלקים נעים, כבלים קבורים המשמשים בתקשורת תת קרקעית, וכבלים לא קורוזיביים מעכבי בעירה המשמשים להגנה מפני אש.

כבלים סיבים אופטיים של Profinet

כבלים אלה משתמשים בשני חוטים מקבילים המשמשים להרכבת מחברים ישירות. לסוגים אלה של כבלים מהירויות של עד 100 Mbit/s וגם תקשורת דופלקס מלאה.

כבלים מסוג זה מספקים יתרונות רבים כמו שהם יכולים לכסות קילומטרים של מרחקים, ומספקים בידוד חשמלי מוחלט בין אזורי המפעל. בנוסף, כבלים אלו עמידים בפני הפרעות אלקטרומגנטיות. כבלים אלו זמינים בשני סוגים מסוג B וסוג C כאשר כבלים מסוג B משמשים לשימוש גמיש או נייח וכבלי Type C משמשים ליישומים מיוחדים כמו רטט, תנועה קבועה וכו'.

ProfiNet לעומת Ethernet

ה הבדלים בין Profinet ו-Ethernet נדון להלן.

ProfiNet לעומת Profibus

ה הבדלים בין Profinet ל-Profibus נדון להלן.

מחבר Profinet

מחברי Profinet מיועדים במיוחד לסיומות של כבלי Profinet. מחברים אלה פופולריים מאוד בשל סבירותם וגם שימוש פשוט. אז אלה ידידותיים למשתמש, מתחברים במהירות, מספקים ביצועים גבוהים, המבנה שלהם קשיח, עמידות בפני זעזועים, וגם ללא תחזוקה.

טופולוגיה של ProfiNet

בעיצוב רשת, גמישות ופריסה הם המאפיינים העיקריים של PROFINET. הוא תומך באפשרויות שילוב בלתי מוגבלות בקירוב כאשר נעשה שימוש בכל הטופולוגיות הטיפוסיות של Ethernet. יש שם טופולוגיות בסיסיות שונות של PROFINET, כך שהבחירה הנכונה בטופולוגיה היא משמעותית עבור תכנון מפעל האוטומציה של PROFINET. לאחר תכנון זה, יש להתאים את הטופולוגיה. כדי להגדיר את הטופולוגיה של Profinet, ייתכן שיידרשו מתגים נוספים. הטופולוגיות הבסיסיות השונות של PROFINET זמינות כמו טופולוגיות כוכבים, עץ וקווים.

טופולוגיה של כוכבים

טופולוגיית הכוכבים מתאימה לאזורים הכוללים הרחבה גיאוגרפית חלקית. טופולוגיה זו נוצרת באופן אוטומטי אם צמתי תקשורת רבים קשורים למתג כללי. אם הצומת של PROFINET יחיד נכשל או מנותק, אז צמתים אחרים של PROFINET יפעלו ברציפות. אבל, אם המתג האמצעי נכשל, התקשורת תופסק לכל הצמתים המחוברים.

טופולוגיה של עצים

טופולוגיית עץ נוצרת על ידי חיבור רשתות כוכבים שונות לרשת אחת. היחידה הפונקציונלית נוצרת על ידי חלקי מפעל האוטומציה המאוחדים לנקודות כוכב. אז אלה מחוברים לרשת באמצעות מתגים שכנים. בנקודת כוכב, מתג בודד פועל כמו מפיץ אותות.

טופולוגיה של קווים

טופולוגיית הקו נמצאת בשימוש נרחב במפעלי אוטומציה לרצועות מסוע ומשמשת גם ביישומי מכונות קטנות. המכשירים של PROFINET מצוידים במתג משולב כדי לעזור לטופולוגיות הקו בזיהוי. ברגע שמתרחשת הפסקת קו כאשר נעשה שימוש בטופולוגיות קו, אז לא ניתן ליצור קשר עם המכשירים המסודרים לאחר ההתקן הכושל. אז ניתן להימנע מכך על ידי הרחבת הקו לטופס טבעת עם פרוטוקול יתירות.

יתרונות

ה יתרונות ProfiNet כלול את הבאים.

• PROFINET מספקת לך את הדרכים הטובות ביותר לשפר את הפרודוקטיביות שלך עם ארבעה יתרונות חשובים: גמישות, פתיחות, ביצועים ויעילות.
• זמינות ואמינות תפעולית גבוהה.
• נגישות לנתונים שקופים.
• שילוב קל וללא תקלות של מערכות Fieldbus מבוססות באמצעות שערים/פרוקסי.
• יש לו אפשרויות אבחון משמעותיות ומפורטות.
• באמצעות Profinet, נוכל להפעיל אפשרויות טופולוגיה שונות כמו כוכב, קו, טבעת ועץ.
• הוא מציע זיהוי טופולוגיה ואבחון להפעלת רשת מהירה ומיומנת.
• הבטיחות התפקודית של Profibus מונעת סיכונים בגלל תפקוד שווא של מכונות תעשייתיות

יישומים

ה יישומים של ProfiNe לא לכלול את הדברים הבאים.

• PROFINET משמש ביישומים שונים כמו אוטומציה של תהליכים, ייצור, בטיחות ויישומי בקרת תנועה איזוכרונית.
• PROFINET משמש בכל תחומי הנדסת האוטומציה.
• זהו פתרון Ethernet תעשייתי פתוח המבוסס על תקנים בינלאומיים המשמשים להחלפת נתונים בין התקנים ובקרים במסגרת אוטומציה.
• Process field Net משמש את סימנס PLC.
• PROFINET משמש בתחומים שונים להטמעת פתרונות אוטומציה כמו אוטומציה של תהליכים, אוטומציה של מבנים ואוטומציה של מפעלים.
• PROFINET משמש דרך Ethernet תעשייתי לתקשורת נתונים.
• הוא משמש בדרך כלל בתהליך האוטומציה לשינוי ושליטה במדיה כמו נוזלים וגזים.
• אלה משמשים גם בתחומים שונים כמו אספקת גז דלק, אוטומציה ובקרה עבור שפכים או טיפול במים.
• הוא משמש לעיבוד מפעלים בתעשיית המשקאות, במחלבות ולייצור מזון.
• זה ישים במגוון רחב של תעשיות כמו גז, רכב, נפט, לוגיסטיקה ורבים נוספים.

לפיכך, מדובר בסך הכל סקירה כללית של Profinet טכנולוגיה - עבודה עם יישומים. זהו תקן ה-Ethernet התעשייתי החשוב ביותר בשוק. זוהי טכנולוגיה מכוונת עתיד ומבוססת ברחבי העולם אשר נתמכת על ידי מספר ספקי מוצרים להבטחת הגנה על השקעות וזמינות לטווח ארוך. הנה שאלה בשבילך, מה זה Profibus?