Протокол Profinet – это открытый промышленный протокол связи, используемый в автоматизации производства и системах управления процессами. Он основан на стандарте Ethernet и предназначен для передачи данных между различными устройствами в промышленной среде.
PROFINET определяется PROFIBUS & PROFINET International и при поддержке Клуба INTERBUS и, начиная с 2003 года, является частью IEC 61158 и IEC 61784 стандартов.
Profinet обеспечивает высокую скорость передачи данных, возможность передачи в реальном времени и сетевую гибкость. Он поддерживает как передачу циклических данных для управления процессами, так и передачу нециклических данных для конфигурации и диагностики устройств.
Протокол Profinet поддерживает различные версии режима работы, включая режимы работы в реальном времени (RT), исключительно в реальном времени (IRT) и режимы работы без реального времени (NRT). Это позволяет адаптировать протокол для различных требований системы управления.
Profinet также предоставляет механизмы для обнаружения и идентификации устройств, настройки сети и обработки ошибок. Он может использоваться в различных отраслях, включая производство, энергетику, транспорт и т. д.
Протокол Profinet является одним из наиболее распространенных промышленных протоколов и широко применяется в сетях автоматизации производства.
Концепция PROFINET имеет модульную структуру, при помощи которой пользователи могут выбрать каскадирование самих функций. Они существенно отличаются в зависимости от типа обмена данными для выполнения отчасти очень высоких требований к скорости.
В PROFINET, существует две перспективы: PROFINET CBA и PROFINET IO. PROFINET CBA подходит для компонентов на основе связи через TCP / IP, а PROFINET IO используется для общения в режиме реального времени с требованиями в модульных инженерных системах. Обе коммуникационные возможности можно использовать параллельно.
PROFINET IO была разработана для связи реального времени (RT) и изохронного реального времени (IRT) с децентрализованной периферией. Обозначения RT и IRT просто описывают реальные свойства времени для общения в PROFINET IO.
PROFINET CBA и PROFINET IO могут общаться в то же время на одной и той же системной шине. Они могут работать по отдельности или в сочетании, так что подсистема ввода-вывода PROFINET выступает как система PROFINET CBA с точки зрения системы.
Для достижения этих функций, определены три протокола разного уровня:
- TCP/IP для PROFINET CBA и ввод в эксплуатацию оборудования с временем реакции в диапазоне от 100 мс.
- RT (Real-Time) протокол реального времени для приложений PROFINET CBA и PROFINET IO с временем цикла до 1 мс
- IRT (Isochronous Real-Time) для приложений PROFINET IO в приводных системах с временем циклов менее 1 мс
Протоколы PROFINET можно записывать и отображать с помощью инструмента анализа сети Ethernet, например, Wireshark. Топологию можно отображать с помощью анализирующих инструментов, наподобие TH Scope.
Система PROFINET CBA состоит из различных компонентов автоматизации. Один компонент охватывает все механические, электрические и IT переменные. Компонент может быть создан с помощью стандартных средств программирования. Компонент описывается с помощью PROFINET Component Description (PCD) , файлом в формате XML. Инструмент планирования загружает эти описания и активирует логические взаимосвязи между отдельными компонентами, которые будут созданы для осуществления установки.
Эта модель была в значительной степени вдохновлена стандартом IEC 61499.
Основная идея CBA в том, что вся система автоматизации может быть разделена на автономные операционные подсистемы. Структура и функции могут оказаться в идентичном или слегка измененном виде в нескольких системах. Каждый компонент обычно управляется изменяемым количеством входных сигналов. В рамках компонента программа управления выполняет требуемые функции и передает соответствующие выходные сигналы на другой контроллер. Сопутствующий инжиниринг не зависит от производителя оборудования. Связь между системами компонентов только настраивается и не требует программирования. Связь с использованием PROFINET CBA (без реального времени) подходит для шин с циклом опроса приблизительно 50 … 100 мс. Параллельно запущенный RT-канал обеспечивает время цикла, сопоставимое с PROFINET IO (несколько мс).
PROFINET IO реализовывает интерфейсы периферийных устройств. Он определяет связь с областью соединенную с периферийными устройствами. Основа этой системы заключается в каскадной идее в реальном времени. PROFINET IO определяет весь обмен данными между контроллерами (ведущее устройство) и устройствами (ведомое устройство), а также параметры настройки и диагностики. PROFINET IO предназначена для быстрого обмена данными между областью Ethernet-устройств и поддержания модели поставщик – потребитель . Устройства находящиеся в области подчинения линии PROFIBUS могут быть интегрированы в системы PROFINET IO без всяких усилий, так же и в IO-Proxy (представитель подчиненной системной шины). Устройство разработчик может реализовать PROFINET IO с любыми коммерчески доступными Ethernet контроллерами. Это хорошо подходит для обмена данными с шинами цикличностью в несколько мс. Конфигурация IO-системы была сохранена практически идентичной системе “look and feel” PROFIBUS. PROFINET IO всегда содержит концепт в режиме реального времени. Система PROFINET IO состоит из следующих устройств:
– Контроллер ввода-вывода, который управляет задачами автоматизации.
– Устройства ввода-вывода, которые являются областью устройства, контролируются и управляются контроллером ввода-вывода. Устройство ввода-вывода может состоять из нескольких модулей и вспомогательных модулей.
– Руководитель ввода-вывода программного обеспечения базируется, на основе ПК для настройки параметров и диагностики отдельных устройств ввода-вывода .
Application Relation (AR) устанавливается между контроллером ввода-вывода и устройствами ввода-вывода. Эти АR используются, чтобы определить Communication Relations (CR) с различными характеристиками для передачи параметров, циклический обмен данными и обработки аварийных сигналов.
Характеристики устройства ввода-вывода описывается производителем устройства в General Station Description (GSD-файл). Язык, используемый для этой цели GSDML (GSD Markup Language) – язык, основанный на XML. Файл GSD обеспечивает руководство программного обеспечения с основами для планирования конфигурации системы PROFINET IO.