Profinet

A ProfiNet elődje a Profibus, ami lassan 20 éve piacvezető megoldás az ipari buszok piacán. A Profibus jellemzően az RS485-ös fizikai átvitelre alapoz, ami kezdett kissé elavulttá és lassúvá (max 12 Mbs) válni, miután az IT-ban az Ethernet-es megoldások teljes hegemóniát alakítottak ki. Ezeknek a technikai kihívásoknak köszönhetően a Profibus.org, a Profibus szabvány jogtulajdonosa a fejlesztésekkel pérhuzamosan a nevét is megváltoztatta, és PI-re (PROFIBUS & PROFINET International) váltott.

Alapvetően a Profinet egy Ethernet-re szerelt Profibus, legalábbis az alapelképzelés szerint. A Profinet ugyanis nem csak az Ethernet fizikai szintjére bütykölt Profibus, hanem aTCP és UDP szabványok és a Profibus keresztezéséből létrejött nyílt ipari szabvány, melynek főbb előnyei:

• 100 Mbps adatátvitel réz vagy üvegszál vezetéken (100 Base TX és 100 Base FX)
• Full duplex átvitel
• Kapcsolt Ethernet
• Autocrossover (a küldő és fogadó vezetékek a switch-ben keresztezik egymást)
• Auto negotiation
• Vezeték nélküli (Wireless) kommunikációval bővíthető átvitel
• Biztonsági kommunikáció a ProfiSAFE alkalmazásával
• Meghibásodás esetén a berendezések gyors és egyszerű cseréje

Az IEC 61158 szabvány újabb kiadásai a Profinet IO-t is tartalmazzák, ezeket a vonatkozó definíciókat az IEC 61784 is tartalmazza.

A Profinet teljesítménye skálázható, és ehhez három teljesítmény-szintet kínál:

• TCP/IP: a nem valós idejű átvitelhez
• Real Time (RT): valós idejű átvitel az időkritikus adatfeldolgozáshoz
• Isochronous Real Time (IRT): gyors és szinkronátvitelt igénylő - például mozgásvezérlő (motion control) - alkalmazásokhoz

A profilok előre definiált Profinet funkciók és fejlesztések, melyek speciális egységekhez és applikációkhoz használhatók fel. Ezek a - jellemzően csak bejelentkezett tagok által elérhető - profilok a PI oldalon érhetők el.

Néhány kiemelt specifikáció (profil) önálló termékként kerül ki a PI-től. Ezek közül néhány:

• PROFIdrive: Motion Control (hajtás-) specifikáció
• PROFIsafe: biztonsági funkciók

Ez a profil 2009-ben került kifejlesztésre az AIDA csoport kérésére (melynek tagjai: Audi, BMW, Mercedes, Porsche és VW). A profil célja az egységes standart az egységes energia-management céljára. A profil elősegíti az energiafejhasználás optimalizálását, úgy hogy figyelembe veszi:

• - a nagy energia-felvételű egységek üzemeltetését (robotok, lézerek, festő-sorok)
• - stand-by módú egységeket
• - tervezett leállásokat (hétvégék)
• - nem tervezett leállásokat (üzemzavarok)

A profil magába foglalja a vezénylési és monitoring funkciókat is, valós idejű felügyeletet valósít meg.

en: Profinet Component Based Automation, hu: Profinet komponens bázisú automatizálás

A Profinet CBA egy komponens-alapú, TCP/IP alapokra helyezett, nem valós idejű kommunikáció. Lehetővé teszi a moduláris tervezésből adódó elvárások teljesítését.

A CBA erőssége a PLC-k közötti kommunikáció, ami leginkább az FMS-nek felel meg a Profibus felosztások analógiájára. A CBA alapötlete, hogy egy teljes rendszer szinte mindig önjáró (autonóm) PLC-k összességéből áll össze, melyek egymással kommunikálnak. Ezeknél a rendszereknél megfigyelhető, hogy sok egység - párhuzamosan - azonos, vagy majdnem azonos műveleteket végez. Ezek az un. "Profinet komponens"-eket jellemzően belátható számú bemenettel lehet vezényelni. A komponenseken belül futnak a felhasználói programok, melyek a helyi vezényléseket végzik. Jellemzően egy komponens bázisú automatizálás esetén inkább paraméterezésről, mint programozásról beszélhetünk. A Profibus CBA esetén (real-time nélkül) a kommunikációs ciklusidő 50..100 ms között realizálható. Ezzel a (lassú) adateléréssel párhuzamosan természetesen Profinet IO is alkalmazható, a maga miliszekundumos adatelérésével.

en: Profinet Input / Output, hu: Profinet bemenet / kimenet

A Profinet IO egy gyors, decentrális periférákkal való adatcserére kiélezett kommunikáció.

Konkrétabban a Profinet IO a kontrollerek és az egységek közötti teljes kommunikációt írja le - ez természetesen megfelel a Profibus DP analógiájának, ahol a kontrollereket még Master-eknek, és az ezekhez csatlakozó egységeket pedig még Slave-eknek nevezték. A kommunikáció itt (is) magába foglalja a paraméterezést és a diagnózist. A Profinet IO egységek alapfeltétele az ethernet bázis megléte. A kommunikációs ciklusidő az IO esetében miliszekundumos tartományban található.

A Profinet IO hálózat jellemzően a következő egységeket tartalmazza:

• IO Controller: jellemzően a PLC, ami felügyeli a task-ot
• IO Device: alegység vagy terepi egység, melyet az IO controller felügyel. Az IO device tartalmazhat több alegységet és sub-modult is.
• IO Supervisor: Jellemzően egy PC-n futó szoftver, mellyel a hálózat elemei paraméterezhetők és diagnosztizálhatók.

A Profinet IO terepi eszközök címzése a MAC-címmel és az IP címmel történik. A Profinet címzésnél használhatjuk az egységek szimbólikus nevét, mely azoknak a MAC-címéhez került előzetesen hozzárendelésre. A projekt beforgatása alatt az adatcseréhez nélkülözhetetlen adatok (pl. az IP címek) az IO controller-re kerülnek letöltésre. Az itt található szimbólikus név - MAC cím kombóval azonosítja / osztja ki a kontoller az IP címeket, vagy a Profinet-be integrált DCP-protokollal, vagy az esetleg elérhető DHCP szerverrel.

A Profinet IO egységek kizárólag switch-eken keresztül csatlakozhatnak a hálózat többi résztvevőjéhez. Ez megvalósulhat több-portos switch-eken keresztül, csillag topológiában, és / vagy a terepi eszközökbe integrált két portos switch-ekkel is, vonal topológiában.

A Profinet néhény telegrammal (például szinronizációs vagy szomszéd-felismerő) nem az egységet, hanem annak valamelyik portját, egész pontosan az adott port MAC címét címezi meg. Ezért minden switch-port rendelkezik saját MAC címmel, így egy két portos egységnek 3 MAC címe van: a két portnak külön-külön, és magának az egységnek. Ezek a (port) címek a felhasználó számára nem láthatóak. A Profinet az egységek közötti kapcsolatot a switch-eken keresztül mindig pont-pont jelleggel építi fel (mint az Ethernet), ezért, ha két egység között kiesik a kapcsolat, az adott egység után található további egységek is elérhetetlenné válnak (mint azt a lenti ábrán próbálom szemléltetni).

Ezt a problémát az emelt rendelkezésre állással, redundancia kiépítésével lehet orvosolni, de ennek az ismertetését későbbre hagyom.

en: Profinet IO run-time

A Profinet IO-n belül a processz-adatokat és a riasztásokat az RT továbbítja.  A Profinet RT az IEEE és IEC előírások betartásával nagy sebességű i/o adatátvitelt biztosít. A real-time adatok átvitele magasabb prioritást élvez, mint a "rendes" TCP(UDP) IP kommunikáció, ezért ezzel a kommunikációval a néhány száz mikroszekundumos ciklusidő is elérhető.

en: Profinet IO Isochronous-Real-Time

Az IRT jellemző ciklusideje néhány száz mikroszekundumtól néhány miliszekundumig terjedhet. Fő eltérés ez esetben a "normál" RT-hez képest, hogy a ciklusok időzítése rendkívül pontos, jellemzően maximum 1 µs késést (jitter-t) enged meg. Ennek érdekében a legmagasabb prioritással rendelkezik, a többi kommunikációval szemben, és az adatátvitelből adódó késéseket kivédve, a terepi egységekbe integrálásra került a switch. Ez jellemzően egy ERTEC 200 / 400 bázisú egység. Az izoszinron kommunikációról itt is olvashat.