PROFINET ( Process Field Net work ) es un estándar industrial abierto para la automatización de la asociación Ethernet PROFIBUS & PROFINET International (PI). PROFINET utiliza estándares TCP/IP y TI, y Ethernet en tiempo real .
El concepto PROFINET es modular, de modo que los usuarios pueden elegir conectar en cascada las funciones ellos mismos. Difieren significativamente según el tipo de comunicación para cumplir con algunos de los requisitos de muy alta velocidad.
En PROFINET, hay dos perspectivas PROFINET CBA y PROFINET IO. PROFINET CBA es adecuado para la comunicación basada en componentes a través de TCP/IP y PROFINET IO se utiliza para la comunicación en tiempo real con los requisitos de los sistemas de ingeniería modulares. Ambas opciones de comunicación se pueden utilizar en paralelo.
PROFINET IO se ha diseñado para la comunicación en tiempo real (RT) y en tiempo real isócrono (IRT) con E/S descentralizadas. Las designaciones RT e IRT describen simplemente las propiedades en tiempo real para la comunicación en PROFINET IO.
PROFINET CBA y PROFINET IO pueden comunicarse al mismo tiempo en el mismo bus de sistema. Pueden funcionar individualmente o en combinación, de modo que el subsistema PROFINET I/O aparece como un sistema PROFINET CBA desde el punto de vista del sistema.
Para lograr estas funciones se definen tres protocolos a diferentes niveles:
Los protocolos PROFINET se pueden registrar y mostrar utilizando una herramienta de análisis de red Ethernet como Wireshark . La topología se puede mostrar utilizando herramientas de análisis como TH Scope.
El sistema PROFINET CBA consta de varios componentes de automatización. Un componente cubre todas las variables mecánicas, eléctricas y de TI. El componente se puede crear utilizando herramientas de programación estándar. Un componente se describe mediante una descripción de componente PROFINET (PCD), un archivo XML. La herramienta de planificación carga estas descripciones y activa las relaciones lógicas entre los componentes individuales que se crearán para completar la instalación.
Este modelo se inspiró en gran medida en el estándar IEC 61499.
La idea principal de CBA es que todo el sistema de automatización se pueda dividir en subsistemas operativos autónomos. La estructura y las funciones pueden ser idénticas o ligeramente modificadas en varios sistemas. Cada componente suele estar controlado por un número variable de señales de entrada. Dentro del componente, el programa de control realiza las funciones requeridas y envía las salidas correspondientes al otro controlador. La ingeniería asociada es independiente del fabricante del equipo. La comunicación entre los sistemas de componentes solo es configurable y no requiere programación. La comunicación mediante PROFINET CBA (non real time) es adecuada para buses con un ciclo de sondeo de aproximadamente 50 ... 100 ms. Un canal RT paralelo proporciona un tiempo de ciclo comparable a PROFINET IO (varios ms).
PROFINET IO implementa interfaces para dispositivos periféricos. Define una conexión a un área conectada a periféricos. La base de este sistema radica en la idea de cascada en tiempo real. PROFINET IO define toda la comunicación entre los controladores ( maestro ) y los dispositivos ( esclavo ), así como los parámetros de configuración y diagnóstico. PROFINET IO está diseñado para intercambiar datos rápidamente entre el área de dispositivos Ethernet y admitir un modelo de proveedor-consumidor. Los dispositivos ubicados en el área de esclavos de una línea PROFIBUS se pueden integrar sin ningún esfuerzo en los sistemas PROFINET IO, así como en un IO-Proxy (representante del bus del sistema esclavo). El desarrollador del dispositivo puede implementar PROFINET IO con cualquier controlador Ethernet disponible comercialmente. Esto es muy adecuado para la comunicación con autobuses con un ciclo de unos pocos ms. La configuración del sistema IO se ha mantenido casi idéntica a la del sistema "look and feel" de PROFIBUS. PROFINET IO siempre contiene el concepto de tiempo real. El sistema PROFINET IO consta de los siguientes dispositivos:
- Controlador I/O que gestiona las tareas de automatización.
- Los dispositivos de E/S, que son un área de dispositivos, son controlados y controlados por el controlador de E/S. Un dispositivo de E/S puede constar de varios módulos y módulos auxiliares.
- Software para PC basado en administrador de E/S para establecer parámetros y diagnosticar dispositivos de E/S individuales.
La relación de aplicación (AR) se establece entre el controlador de E/S y los dispositivos de E/S. Estos AR se utilizan para definir relaciones de comunicación (CR) con diferentes características para la transferencia de parámetros, el intercambio de datos cíclicos y el manejo de alarmas.
El fabricante del dispositivo describe las características de un dispositivo de E/S en la Descripción general de la estación (archivo GSD). El lenguaje utilizado para este propósito GSDML (GSD Markup Language) es un lenguaje basado en XML. El archivo GSD proporciona una guía de software con los conceptos básicos para planificar la configuración de un sistema PROFINET IO.
Cada módulo en una red PROFINET tiene tres direcciones:
Dado que PROFINET utiliza TCP/IP, se utilizan direcciones MAC y direcciones IP . La dirección MAC cambia cuando se reemplaza el dispositivo. Una dirección IP es un tipo de direccionamiento dinámico. El nombre del dispositivo se utiliza para el direccionamiento permanente.
Para asignar automáticamente una dirección IP, una máscara de subred y una puerta de enlace predeterminada, se definen dos métodos:
En PROFINET IO, los datos de procesamiento y alarma siempre se transmiten en tiempo real (RT). El modo de tiempo real en PROFINET se basa en las definiciones IEEE e IEC, que solo permiten una cantidad limitada de tiempo para que los servicios RT se ejecuten dentro de un ciclo de bus. La comunicación RT es la base de la comunicación para PROFINET IO. Los datos en tiempo real se procesan con mayor prioridad que los datos TCP (UDP)/IP. RT proporciona la base para la comunicación en tiempo real en el campo de la E/S descentralizada y para el modelo de componentes PROFINET (PROFINET CBA). Este tipo de comunicación permite ciclos de bus en el rango de unos pocos cientos de microsegundos.
La comunicación isócrona con PROFINET se define mediante el concepto de tiempo real isócrono (IRT). En dispositivos con funcionalidad IRT, los puertos de conmutación se integran directamente en el dispositivo industrial. Por ejemplo, puede basarse en controladores Ethernet ERTEC 400/200. La duración de los ciclos de intercambio de datos, por regla general, está en el rango de varios cientos de microsegundos a varios milisegundos. La característica de la comunicación en tiempo real es esencialmente un alto grado de determinismo, por lo que el inicio de un ciclo de autobús se mantiene con gran precisión. El inicio de un ciclo de intercambio de bus no puede desviarse más de 1 µs (jitter). El IRT es necesario, por ejemplo, para aplicaciones de control de movimiento (procesos de control de posicionamiento).
Los perfiles son configuraciones predefinidas de funciones y características disponibles a través de PROFINET para su uso en dispositivos o aplicaciones específicas. Son desarrollados por grupos de trabajo de PI (PROFINET International) y publicados por PI. Los perfiles son esenciales para la apertura, la interoperabilidad y la intercambiabilidad para que el usuario final pueda estar seguro de que equipos similares de diferentes proveedores funcionan de manera estandarizada. De esta forma, el usuario permite que se desarrolle la competencia, lo que obliga a los proveedores a aumentar la productividad y reducir costos.
También existen perfiles PROFINET, por ejemplo para codificadores. Se están desarrollando otros perfiles para control de accionamiento (PROFIdrive) y para seguridad funcional (PROFIsafe). También existen perfiles especiales para trenes.
Otro ejemplo de perfil es PROFIenergy, que incluye servicios de seguimiento del consumo energético en tiempo real. Fue propuesto en 2009 por el grupo AIDA de fabricantes de automóviles alemanes (Audi, BMW, Mercedes, Porsche y VW) que querían una forma estandarizada de gestionar activamente el consumo de energía en sus fábricas. Este perfil se dirige a dispositivos y subsistemas que consumen mucha energía, como robots, láseres e incluso líneas de pintura, que pueden ayudar a reducir los costos de energía de la fábrica al cambiar de manera inteligente los dispositivos a modos de "reposo" durante las pausas de producción según lo previsto (por ejemplo, fines de semana y apagados simples), así como imprevistos (por ejemplo, accidentes).
Desarrollo: Gracias al soporte de la interfaz de la herramienta Calling, cada fabricante de dispositivos periféricos puede implementar cualquier software compatible con TCI y seleccionar los parámetros y diagnósticos del área del instrumento sin salir del programa.
Reconocimiento y reemplazo de dispositivos sin contacto: todos los dispositivos en el área PROFINET detectan a sus vecinos. Esto permite que los dispositivos se reemplacen sin herramientas adicionales y conocimiento previo en caso de mal funcionamiento. Al leer esta información, se puede visualizar la topología del sistema.
Parámetros del servidor: cualquier fabricante puede descargar datos personalizados (por ejemplo, a través de TCI) y convertirlos automáticamente en parámetros del servidor. El reinicio también se realiza automáticamente cuando se reemplaza el dispositivo.
Determinismo: PROFINET admite el tráfico determinista, por ejemplo, para tareas de control de alta precisión. Redundancia: El concepto de redundancia se define en PROFINET y aumenta significativamente la disponibilidad del sistema. Tiene todas las propiedades de una red ProfiBus
PROFINET está definido por PROFIBUS & PROFINET International (PI) y respaldado por INTERBUS Club y, desde 2003, forma parte de los estándares IEC 61158 e IEC 61784.
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