ProfiNet là gì: Kiến trúc, Làm việc, Các loại & Ứng dụng của nó

Công nghệ Profinet được phát triển và xuất bản bởi TIỂU SỬ & PROFINET International vào đầu năm 2000. PROFINET là một giải pháp Ethernet công nghiệp tiêu chuẩn mở và sáng tạo được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các bộ điều khiển và thiết bị trong Tự động trong công nghiệp . Khái niệm PROFINET chỉ đơn giản đáp ứng tất cả các yêu cầu công nghệ tự động hóa công nghiệp bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn CNTT như TCP / IP & XML để giao tiếp, cấu hình và chẩn đoán các thiết bị / máy móc hiện trường. Vì vậy, nó là giải pháp Ethernet công nghiệp được chấp nhận rộng rãi. Vì vậy, bài viết này cung cấp thông tin ngắn gọn về Profibus - làm việc với các ứng dụng.

Profinet là gì?

PROFINET (Process field Net) là một tiêu chuẩn giao tiếp công nghiệp dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế được thiết kế để trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị và bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiển công nghiệp. Ở đây, bộ điều khiển là PLC, PAC hoặc DCS trong khi thiết bị là hệ thống thị giác, khối I / O, đầu đọc RFID, công cụ xử lý, ổ đĩa, proxy, v.v. Vì đây là tiêu chuẩn mở, nên nhiều nhà sản xuất đã thiết kế các sản phẩm PROFINET như PAC, PLC, rô bốt, ổ đĩa, IO, proxy & công cụ chẩn đoán.

Bằng cách sử dụng tiêu chuẩn giao tiếp công nghiệp này, chúng tôi có thể kết nối HMI, PLC , I / O phân tán, a cảm biến , khác nhau máy phát sóng , VFD và bộ truyền động trên một mạng duy nhất. Profinet cung cấp thời gian phản hồi nhanh hơn, do đó việc thu thập dữ liệu trở nên tốt hơn.

Profinet công nghiệp có sẵn tấm chắn mang lại hiệu suất vượt trội trong môi trường xung quanh ồn ào về điện. Để xác định các thiết bị Profinet, nó phải được xác định bằng tên thiết bị với địa chỉ IP. Mọi thiết bị trong mạng phải được cấp phát theo địa chỉ IP để giao tiếp. Profinet được sử dụng như một I / O từ xa tương tự như Profibus-DP để cung cấp tốc độ liên lạc rất nhanh.

Trong mạng lớn hơn, một công tắc mạng được sử dụng để kết nối Profinet để phân phối đơn giản. Thiết bị của profinet được xác định thông qua các địa chỉ IP hợp lệ. Ví dụ: nếu thiết bị profinet có địa chỉ IP 191.127.0.20 trong đó ba chữ số đầu tiên bao gồm thông tin mạng & chữ số cuối cùng là số thiết bị.

Kiến trúc ProfiNet

PROFINET là một giao thức truyền thông chủ yếu được thiết kế để trao đổi dữ liệu giữa các bộ điều khiển cũng như các thiết bị trong cài đặt tự động hóa. Vì vậy, nó là giải pháp Ethernet dựa trên công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất. Vì PROFINET là một tiêu chuẩn mở nên một số nhà sản xuất đã phát triển các sản phẩm khác nhau của PROFINET như PLC, Robot, PAC, Proxy, IO, công cụ chẩn đoán, Ổ đĩa, v.v.
PROFINET chỉ đơn giản xác định giao tiếp theo chu kỳ & tuần hoàn giữa các thành phần khác nhau như chẩn đoán, cảnh báo, chức năng an toàn và thông tin bổ sung. Vì vậy, PROFINET sử dụng Ethernet tiêu chuẩn làm phương tiện truyền thông để kết nối các thành phần này.

Các thành phần PROFINET trong mạng được kết nối bằng cáp Ethernet và nó cho phép các giao thức Ethernet khác cùng tồn tại trong một cơ sở hạ tầng tương tự. Ngoài PROFINET, bạn có thể sử dụng các giao thức khác dựa trên Ethernet để cân bằng mạng như SNMP, OPC UA, HTTP hoặc MQTT.
Kiến trúc ProfiNet dựa trên ISO / Mô hình OSI được hiển thị bên dưới. PROFINET sống ở 7 lớp của chế độ ISO / OSI là lớp ứng dụng. Nói chung, mô hình ISO / OSI bảy lớp này chỉ đơn giản xác định các lớp trừu tượng của hệ thống truyền thông.

ProfiNet đang hoạt động

Tự động hóa công nghiệp thường cần tốc độ cao cũng như giao tiếp xác định, có nghĩa là truyền tải thông điệp một cách chính xác khi chúng được mong đợi. Vì vậy, PROFINET nên đảm bảo rằng các thông điệp được phân phối với tốc độ phù hợp và tính xác định dựa trên nhiệm vụ. Nhưng không phải tất cả các ứng dụng đều cần hiệu suất tương tự.

PROFINET cung cấp dữ liệu bằng cách sử dụng các kênh giao tiếp khác nhau như được hiển thị trong kiến ​​trúc trên để đảm bảo hiệu suất phù hợp như TCP / IP hoặc UDP / IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) và TSN (Mạng nhạy cảm với thời gian).

PROFINET sử dụng TCP / IP nếu không thì giao tiếp UDP / IP, đặc biệt cho các tác vụ quan trọng trong thời gian ngắn như cấu hình cũng như tham số hóa. Do có thêm độ trễ & rung giật được kết nối với giao tiếp dựa trên IP, kỹ thuật này không thích hợp cho các tác vụ quan trọng về thời gian.

PROFINET sử dụng kênh RT để cung cấp dữ liệu một cách rất nhanh chóng và xác định để sử dụng trong các ứng dụng dựa trên thời gian quan trọng. PROFINET RT đáp ứng nhu cầu cần thiết của phần lớn các ứng dụng quan trọng về thời gian. Vì vậy, hiệu suất tổng thể chủ yếu phụ thuộc vào thiết kế của mạng, tuy nhiên, bạn có thể đạt được thời gian chu kỳ từ 250 µs - 512 ms. Vì vậy, bạn không yêu cầu cấu hình hoặc phần cứng đặc biệt để sử dụng cơ chế thời gian thực của PROFINET vì tất cả các sản phẩm của PROFINET đều được trang bị khả năng này.

PROFINET IRT được sử dụng để tăng hiệu suất nhằm giảm độ trễ dữ liệu có thể thay đổi bằng cách tăng các quy tắc được sử dụng để chuyển đổi lưu lượng Ethernet và cũng tạo ra các quy tắc đặc biệt cho lưu lượng của PROFINET. IRT này là tùy chọn & chỉ bắt buộc trong các ứng dụng dựa trên hiệu suất cao chính xác như máy in & máy đóng gói.

Đặc tả PROFINET gần đây nhất V2.4 khởi chạy kênh giao tiếp thứ tư như PROFINET qua TSN. Đây là một công nghệ mới nằm trên lớp liên kết dữ liệu trong Mô hình ISO / OSI. Nó là một tập hợp các tiêu chuẩn IEEE 802 được sử dụng để xác định Ethernet theo mặc định. Một số tiêu chuẩn IEEE là; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018.

Các loại ProfiNet

Profinets có sẵn trong hai loại dựa trên cáp được sử dụng như cáp đồng và cáp sợi quang.

Cáp đồng Profinet

Đây là loại cáp có 4 dây màu xanh lá cây và được bảo vệ và nó hỗ trợ Fast Ethernet lên đến 100 Mbps ở khoảng cách 100 mét. Bằng cách sử dụng cáp này, truyền Full Duplex có nghĩa là dữ liệu được truyền theo hai hướng đồng thời. Ngoài ra, để có tốc độ truyền tải 1 Gbps, cáp đồng 8 lõi được sử dụng.

Cáp đồng PROFINET có sẵn trong bốn loại type-A, type-B, type-R & type-C.

• Cáp đồng loại A chủ yếu được sử dụng để lắp đặt cố định.
• Cáp đồng loại B được sử dụng khi có khả năng uốn. Những loại cáp này có thể chống rung hoặc chuyển động không thường xuyên.
• Cáp đồng Type-R được sử dụng trong các ứng dụng robot.
• Cáp đồng loại C được sử dụng trong các ứng dụng chuyên dụng và chúng có thể chống lại sự di chuyển cũng như môi trường động. Ví dụ, máy quay.
• Các loại cáp đồng khác cũng có ở đó như cáp kéo được sử dụng cho các bộ phận chuyển động, cáp chôn được sử dụng trong thông tin liên lạc dưới lòng đất và cáp không ăn mòn chống cháy được sử dụng cho phòng cháy chữa cháy.

Cáp sợi quang Profinet

Các loại cáp này sử dụng hai dây song song được sử dụng để lắp ráp các đầu nối trực tiếp. Các loại cáp này có tốc độ lên đến 100 Mbit / s và cũng có thể giao tiếp song công.

Những loại cáp này mang lại nhiều lợi ích như có thể bao phủ hàng km khoảng cách và cung cấp khả năng cách ly hoàn toàn về điện giữa các khu vực của nhà máy. Ngoài ra, các loại cáp này có khả năng chống nhiễu điện từ. Các loại cáp này có sẵn ở hai loại Loại B và Loại C trong đó loại cáp Loại B được sử dụng cho mục đích sử dụng linh hoạt hoặc cố định và cáp Loại C được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt như rung động, di chuyển vĩnh viễn, v.v.

ProfiNet Vs Ethernet

Các sự khác biệt giữa Profinet và Ethernet được thảo luận dưới đây.

ProfiNet Vs Profibus

Các sự khác biệt giữa Profinet và Profibus được thảo luận dưới đây.

Trình kết nối Profinet

Đầu nối Profinet được thiết kế đặc biệt cho các đầu cuối của cáp profinet. Các đầu nối này rất phổ biến do giá cả phải chăng và cách sử dụng cũng đơn giản. Vì vậy, chúng thân thiện với người dùng, kết nối nhanh chóng, cung cấp hiệu suất cao, cấu trúc của chúng cứng cáp, chống va đập và cũng không cần bảo trì.

Cấu trúc liên kết ProfiNet

Trong thiết kế mạng, tính linh hoạt & bố cục là những tính năng chính của PROFINET. Nó hỗ trợ các tùy chọn kết hợp gần như không giới hạn khi tất cả các cấu trúc liên kết Ethernet điển hình được sử dụng. Có các cấu trúc liên kết PROFINET cơ bản khác nhau ở đó, do đó, việc lựa chọn cấu trúc liên kết chính xác có ý nghĩa quan trọng đối với thiết kế nhà máy tự động hóa PROFINET. Sau thiết kế này, cấu trúc liên kết phải được điều chỉnh. Để thiết lập cấu trúc liên kết cấu trúc, có thể cần thêm công tắc. Các cấu trúc liên kết PROFINET cơ bản khác nhau có sẵn như cấu trúc hình sao, cây và đường.

Cấu trúc liên kết hình sao

Cấu trúc liên kết hình sao thích hợp cho các khu vực bao gồm cả phần mở rộng địa lý. Cấu trúc liên kết này được tạo tự động nếu nhiều nút giao tiếp được liên minh với một công tắc chung. Nếu nút của một PROFINET duy nhất bị lỗi hoặc bị tách ra, thì các nút khác của PROFINET sẽ hoạt động liên tục. Nhưng, nếu công tắc giữa không thành công, thì giao tiếp sẽ bị gián đoạn đến tất cả các nút được kết nối.

Cấu trúc liên kết cây

Cấu trúc liên kết hình cây được hình thành bằng cách kết nối các mạng hình sao khác nhau thành một mạng duy nhất. Đơn vị chức năng được hình thành bởi các bộ phận của nhà máy tự động hóa được liên kết với nhau thành các điểm sao. Vì vậy, chúng được kết nối với nhau thông qua các thiết bị chuyển mạch lân cận. Ở điểm sao, một công tắc duy nhất hoạt động giống như một bộ phân phối tín hiệu.

Cấu trúc liên kết dòng

Cấu trúc liên kết dòng được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy tự động hóa cho băng tải và cũng được sử dụng trong các ứng dụng máy nhỏ. Các thiết bị của PROFINET được trang bị một công tắc tích hợp để giúp các cấu trúc liên kết đường được nhận dạng. Một khi sự gián đoạn đường truyền xảy ra khi cấu trúc liên kết đường dây được sử dụng, thì các thiết bị được bố trí sau khi thiết bị bị lỗi sẽ không thể tiếp xúc được nữa. Vì vậy, điều này có thể tránh được bằng cách mở rộng dòng sang dạng vòng với giao thức dự phòng.

Thuận lợi

Các Ưu điểm của ProfiNet bao gồm những điều sau đây.

• PROFINET cung cấp cho bạn những cách tốt nhất để cải thiện năng suất của bạn với bốn lợi ích quan trọng là linh hoạt, cởi mở, hiệu suất và hiệu quả.
• Tính sẵn sàng hoạt động và độ tin cậy cao.
• Khả năng truy cập dữ liệu minh bạch.
• Kết hợp dễ dàng và không có lỗi của các hệ thống Fieldbus đã được thiết lập thông qua các cổng / proxy.
• Nó có các tùy chọn chẩn đoán chi tiết và có ý nghĩa.
• Bằng cách sử dụng Profinet, chúng tôi có thể thực thi các tùy chọn cấu trúc liên kết khác nhau như dấu sao, dòng, vòng & cây.
• Nó cung cấp khả năng nhận dạng và chẩn đoán cấu trúc liên kết để vận hành mạng thành thạo và nhanh chóng.
• Chức năng an toàn của Profibus tránh được các nguy hiểm do máy móc công nghiệp hoạt động sai

Các ứng dụng

Các ứng dụng của ProfiNe t bao gồm những điều sau đây.

• PROFINET được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như tự động hóa quy trình, sản xuất, ứng dụng an toàn và điều khiển chuyển động đẳng thời.
• PROFINET được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực kỹ thuật tự động hóa.
• Đây là giải pháp Ethernet công nghiệp mở dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị và bộ điều khiển trong cài đặt tự động hóa.
• Trường quy trình Net được sử dụng bởi Siemens PLC.
• PROFINET được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau để thực hiện các giải pháp tự động hóa như tự động hóa quy trình, tự động hóa tòa nhà và tự động hóa nhà máy.
• PROFINET được sử dụng qua Ethernet công nghiệp để giao tiếp dữ liệu.
• Nó thường được sử dụng trong quá trình tự động hóa để thay đổi và kiểm soát các phương tiện như chất lỏng và khí.
• Chúng cũng được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau như cung cấp khí đốt, tự động hóa & điều khiển để xử lý nước thải hoặc nước.
• Nó được sử dụng để chế biến các nhà máy trong ngành công nghiệp đồ uống, sữa và sản xuất thực phẩm.
• Nó được áp dụng trong một loạt các ngành công nghiệp như khí đốt, ô tô, dầu mỏ, hậu cần và nhiều ngành khác.

Vì vậy, đây là tất cả về tổng quan về một Profinet công nghệ - làm việc với các ứng dụng. Đây là Tiêu chuẩn Ethernet công nghiệp quan trọng nhất trên thị trường. Đây là công nghệ hướng tới tương lai và được thiết lập trên toàn cầu, được hỗ trợ bởi một số nhà cung cấp sản phẩm để đảm bảo bảo vệ đầu tư và tính khả dụng lâu dài. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, Profibus là gì?