O que é ProfiNet: Arquitetura, Funcionamento, Tipos e Suas Aplicações

A tecnologia Profinet foi desenvolvida e publicada por PROFIBUS & PROFINET International no início de 2000. PROFINET é uma solução Ethernet Industrial inovadora e de padrão aberto usada para troca de dados entre controladores e dispositivos em automação industrial . O conceito PROFINET simplesmente satisfaz todos os requisitos de tecnologia de automação industrial usando padrões de TI como TCP/IP e XML para comunicação, configuração e diagnóstico dos dispositivos/máquinas de campo. Portanto, é a solução Ethernet Industrial bem adotada. Assim, este artigo traz breves informações sobre o Profibus – trabalhando com aplicativos.

O que é Profinet?

PROFINET (process field Net) é um padrão de comunicação industrial baseado em padrões internacionais que são projetados para a troca de dados entre dispositivos e controladores em um sistema de controle industrial. Aqui, os controladores são PLCs, PACs ou DCSs, enquanto os dispositivos são sistemas de visão, blocos de E/S, leitores RFID, instrumentos de processo, drives, proxies, etc. Como esse é um padrão aberto, muitos fabricantes projetaram produtos PROFINET como PACs, PLCs, Robôs, Drives, E/S, Proxies e ferramentas de diagnóstico.

Usando este padrão de comunicação industrial, podemos conectar HMI, PLC , E/S distribuída, um sensor , diferente transmissores , VFD e atuadores em uma única rede. O Profinet proporciona um tempo de resposta mais rápido, tornando a coleta de dados ainda melhor.

O Profinet Industrial está disponível com blindagem que oferece desempenho superior em ambientes eletricamente ruidosos. Para identificar dispositivos Profinet, ele deve ser definido pelo nome do dispositivo com o endereço IP. Cada dispositivo dentro de uma rede deve ser alocado por endereço IP para se comunicar. Profinet é usado como uma E/S remota semelhante ao Profibus-DP para fornecer uma velocidade de comunicação muito rápida.

Na rede maior, um switch de rede é usado para conectar o Profinet para distribuição simples. O dispositivo de profinet é identificado através de endereços IP válidos. Por exemplo, se o dispositivo profinet tiver um endereço IP 191.127.0.20, onde os três primeiros dígitos incluem informações de rede e o último dígito é um número do dispositivo.

Arquitetura ProfiNet

PROFINET é um protocolo de comunicação projetado principalmente para a troca de dados entre controladores e dispositivos dentro de uma configuração de automação. Portanto, é a solução Ethernet de base industrial mais utilizada. Como PROFINET é um padrão aberto, vários fabricantes desenvolveram diferentes produtos de PROFINET, como PLCs, Robôs, PACs, Proxies, IOs, ferramentas de diagnóstico, Drives, etc.
PROFINET simplesmente define a comunicação cíclica e acíclica entre diferentes componentes como diagnósticos, alarmes, segurança funcional e informações adicionais. Assim, o PROFINET utiliza Ethernet padrão como meio de comunicação para conectar esses componentes.

Os componentes PROFINET em uma rede são conectados por cabos Ethernet e permite a coexistência de outros protocolos Ethernet em uma infraestrutura semelhante. Além do PROFINET, você pode usar outros protocolos baseados em Ethernet para balancear a rede como SNMP, OPC UA, HTTP ou MQTT.
A arquitetura ProfiNet baseada em ISO/ Modelo OSI é mostrado abaixo. O PROFINET vive em 7 camadas do modo ISO/OSI que é a camada de aplicação. Geralmente, esse modelo ISO/OSI de sete camadas simplesmente define as camadas de abstração do sistema de comunicação.

Trabalho ProfiNet

A automação industrial frequentemente precisa de comunicação de alta velocidade e determinística, o que significa entregar as mensagens exatamente quando elas são esperadas. Portanto, o PROFINET deve garantir que as mensagens sejam entregues em uma velocidade e determinismo adequados com base na tarefa. Mas nem todos os aplicativos precisam de desempenho semelhante.

O PROFINET fornece dados usando diferentes canais de comunicação, conforme mostrado na arquitetura acima, para garantir um desempenho adequado, como TCP/IP ou UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) e TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET usa TCP/IP ou comunicação UDP/IP, especialmente para tarefas não críticas como configuração e parametrização. Devido à latência e jitter adicionais conectados à comunicação baseada em IP, essa técnica é inadequada para tarefas de tempo crítico.

PROFINET usa um canal RT para entregar dados de forma muito rápida e determinística para uso em aplicações baseadas em tempo crítico. PROFINET RT atende às necessidades da maioria das aplicações de tempo crítico. Portanto, o desempenho geral depende principalmente do design da rede, no entanto, você pode atingir tempos de ciclo de 250 µs a 512 ms. Portanto, você não precisa de configuração ou hardware especial para utilizar o mecanismo de tempo real do PROFINET, pois todos os produtos do PROFINET são equipados com essa capacidade.

O PROFINET IRT é usado para aumentar o desempenho e reduzir os atrasos de dados mutáveis, aumentando as regras utilizadas para alternar o tráfego Ethernet e também criando regras especiais para o tráfego do PROFINET. Este IRT é opcional e necessário apenas em aplicações exatas baseadas em alto desempenho, como prensas de impressão e máquinas de embalagem.

A especificação PROFINET V2.4 mais recente lança um quarto canal de comunicação como PROFINET sobre TSN. Esta é uma nova tecnologia que fica na camada de enlace de dados no modelo ISO/OSI. É um conjunto de padrões IEEE 802 que é usado para tornar a Ethernet determinística por padrão. Alguns dos padrões IEEE são; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB e IEEE 802.1Q-2018.

Tipos de ProfiNet

Profinets estão disponíveis em dois tipos baseados em cabos usados ​​como cabos de cobre e Cabos de fibra ótica.

Cabo de cobre Profinet

Este é um cabo blindado de 4 fios de cor verde e suporta Fast Ethernet de até 100 Mbps a 100 metros de distância. Ao usar este cabo, a transmissão Full Duplex é alcançada, o que significa que os dados são transmitidos em duas direções simultaneamente. Além disso, para taxas de transmissão de 1 Gbps, são usados ​​cabos de cobre de 8 núcleos.

Os cabos de cobre PROFINET estão disponíveis em quatro tipos tipo A, tipo B, tipo R e tipo C.

• Os cabos de cobre tipo A são usados ​​principalmente para instalações fixas.
• Cabos de cobre tipo B são usados ​​onde a flexão está presente. Esses tipos de cabos podem resistir a vibrações ou movimentos ocasionais.
• Cabos de cobre tipo R são usados ​​em aplicações de robôs.
• Os cabos de cobre tipo C são usados ​​em aplicações especializadas e podem resistir a movimentos e ambientes dinâmicos. Por exemplo, máquinas rotativas.
• Outros cabos de cobre também estão lá, como cabos de arrasto usados ​​para peças móveis, cabos enterrados usados ​​em comunicação subterrânea e cabos não corrosivos retardadores de chama usados ​​para proteção contra incêndio.

Cabos de fibra óptica Profinet

Esses cabos usam dois fios paralelos que são usados ​​para a montagem dos conectores diretamente. Esses tipos de cabos têm velocidades de até 100 Mbit/s e também comunicação full duplex.

Esses tipos de cabos oferecem muitos benefícios, pois podem cobrir quilômetros de distâncias e fornecer isolamento elétrico total entre as regiões da planta. Além disso, esses cabos são resistentes a interferências eletromagnéticas. Esses cabos estão disponíveis em dois tipos Tipo B e Tipo C, onde os cabos Tipo B são usados ​​para uso flexível ou estacionário e os cabos Tipo C são usados ​​para aplicações especiais como vibração, movimento permanente, etc.

ProfiNet vs Ethernet

o diferenças entre Profinet e Ethernet são discutidos abaixo.

ProfiNet vs Profibus

o diferenças entre Profinet e Profibus são discutidos abaixo.

Conector Profinet

Os conectores Profinet são especialmente projetados para as terminações de cabos Profinet. Esses conectores são muito populares devido à sua acessibilidade e também ao uso simples. Portanto, são fáceis de usar, conectam-se rapidamente, oferecem alto desempenho, sua estrutura é rígida, resistente a choques e também livre de manutenção.

Topologia ProfiNet

No projeto de rede, flexibilidade e layout são as principais características do PROFINET. Ele suporta opções de combinação aproximadamente ilimitadas quando todas as topologias Ethernet típicas são usadas. Existem diferentes topologias PROFINET fundamentais, portanto, a seleção correta da topologia é significativa para o projeto da planta de automação PROFINET. Após este projeto, a topologia deve ser ajustada. Para configurar a topologia profinet, podem ser necessários comutadores extras. As diferentes topologias PROFINET básicas estão disponíveis como topologias em estrela, árvore e linha.

Topologia em estrela

A topologia em estrela é apropriada para áreas que incluem extensão geográfica parcial. Essa topologia é criada automaticamente se vários nós de comunicação estiverem aliados a um switch geral. Se o nó de um único PROFINET falhar ou for desconectado, outros nós do PROFINET operarão continuamente. Mas, se o switch do meio falhar, a comunicação será interrompida para todos os nós conectados.

Topologia de árvore

Uma topologia em árvore é formada conectando várias redes em estrela a uma única rede. A unidade funcional é formada pelas partes da planta de automação que estão unidas a pontos estrela. Portanto, eles são interconectados por meio de switches vizinhos. No ponto estrela, um único interruptor funciona como um distribuidor de sinal.

Topologia de linha

A topologia de linha é amplamente utilizada em plantas de automação para correias transportadoras e também é utilizada em aplicações de pequenas máquinas. Os dispositivos PROFINET estão equipados com um switch integrado para auxiliar no reconhecimento das topologias de linha. Uma vez que a interrupção da linha ocorre quando as topologias de linha são usadas, os dispositivos organizados após o dispositivo com falha não podem mais ser contatados. Portanto, isso pode ser evitado expandindo a linha para um formato de anel com um protocolo de redundância.

Vantagens

o Vantagens do ProfiNet inclui o seguinte.

• O PROFINET oferece as melhores maneiras de melhorar sua produtividade com quatro importantes benefícios: flexibilidade, abertura, desempenho e eficiência.
• Alta disponibilidade e confiabilidade operacional.
• Acessibilidade de dados transparentes.
• Combinação fácil e sem falhas de sistemas Fieldbus estabelecidos através de gateways/proxies.
• Tem opções de diagnóstico significativas e detalhadas.
• Usando Profinet, podemos executar diferentes opções de topologia como estrela, linha, anel e árvore.
• Ele oferece reconhecimento e diagnóstico de topologia para comissionamento de rede rápido e eficiente.
• A segurança funcional do Profibus evita riscos devido ao falso funcionamento das máquinas industriais

Formulários

o aplicações do Profine t inclua o seguinte.

• PROFINET é usado em diferentes aplicações como automação de processos, produção, segurança e aplicações de controle de movimento isócrono.
• PROFINET é utilizado em todas as áreas da engenharia de automação.
• Esta é uma solução Ethernet Industrial aberta baseada em padrões internacionais usados ​​para troca de dados entre dispositivos e controladores dentro de uma configuração de automação.
• O campo de processo Net é usado pelo PLC da Siemens.
• PROFINET é usado em diferentes campos para implementar soluções de automação como automação de processos, automação predial e automação de fábrica.
• PROFINET é usado sobre Ethernet Industrial para comunicação de dados.
• É usado geralmente no processo de automação para alterar e controlar meios como líquidos e gases.
• Eles também são usados ​​em diferentes áreas, como fornecimento de gás combustível, automação e controle de águas residuais ou tratamento de água.
• É usado para processar plantas na indústria de bebidas, laticínios e para produção de alimentos.
• É aplicável em uma ampla gama de indústrias, como gás, automotiva, petróleo, logística e muito mais.

Assim, trata-se de tudo uma visão geral de um Profinet tecnologia – trabalhando com aplicativos. Este é o padrão Ethernet industrial mais importante do mercado. Esta é uma tecnologia orientada para o futuro e estabelecida globalmente, que é apoiada por vários fornecedores de produtos para garantir a proteção do investimento e a disponibilidade a longo prazo. Aqui está uma pergunta para você, o que é Profibus?