Profinet

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

A Profinet (Process Field Network) gyakorlatilag a Profibus továbbfejlesztett ipari kommunikációs szabványa, mely TCP/IP- és IT-megoldásokon alapul. Valós idejű Ethernet-átvitelt alkalmaz, lehetővé teszi a terepi buszok integrálását. A nyitott szabvány a PROFIBUS Felhasználói Szervezet tulajdonában áll.

A Profinet moduláris felépítésű, a felhasználónak nagy szabadsága nyílik a rendszer optimalizációjára.

Változatai[szerkesztés]

Két változata van, a Profinet IO és a Profinet CBA:

Az IO gyakorlatilag a terepi buszok funkcióit valósítja meg, míg a CBA (Component Based Automation) a TCP/IP-n alapuló valós idejű kommunikációra fekteti a hangsúlyt. Mindkét megoldás ugyanazon a vezetéken alkalmazható – akár egyidejűleg is.

Profinet IO[szerkesztés]

A Profinet IO gyakorlatilag a meglehetősen népszerű és elterjedt Profibus DP utódjának tekinthető. Főleg az elosztott IO és a vezérlők közötti ciklikus adatcserét valósítja meg, de efölött biztosítja a diagnosztikát, a riasztások kezelését, és lehetővé teszi a paraméterezést. A Profinet IO ethernetes bázisú protokollokat alkalmaz az átvitelhez, a ciklusideje 31,25 μs és néhány ms között változhat az alkalmazott megfelelőségi osztálytól függően. A Profinet IO további, alárendelt terepi buszokkal is bővíthető, így megvalósítható, hogy például a korábban már kiépített Interbus rendszert ezzel a rendszerrel bővítsük ki.

Profinet IO megfelelőségi osztályok[szerkesztés]

A Profinet IO tevékenységi köreit három megfelelőségi osztállyal lehet lefedni:

CC-A osztály: Gyakorlatilag a gyártók tanúsítványai elegendők ehhez az osztályhoz, már kiépített infrastruktúrát és/vagy helyi vezeték nélküli hálózatokat is lehet alkalmazni az átvitelhez. Jellemzően infrastruktúrák (pl. autópályák vagy vasúti alagutak) felügyeletére vagy például épületautomatizálásra ajánlott.

CC-B osztály: A hálózat a Profinet irányelvei szerint kerül kiépítésre és hitelesített tanúsítványokat tételez fel a felhasznált alkatrészekről. A felhasznált rézvezetékeknek hitelesítettnek és árnyékoltnak kell lenniük. Talán a legszélesebb „klasszikus” körben alkalmazott osztály: Gyártósorokhoz és folyamatirányítási rendszerekhez ajánlott megoldás.

CC-C osztály: A hajtásrendszerekhez ajánlott osztály sávszélesség tartalékokat és alkalmazás-szinkronizálást igényel.

Követelmények A osztály (CC-A) B osztály (CC-B) C osztály (CC-C)
Alapfunkciók
  • Valós idejű (RT) kommunikáció
  • Ciklikus io kezelés
  • Parameterezés
  • Riasztások
  • Valós idejű (RT) kommunikáció
  • Ciklikus io kezelés
  • Parameterezés
  • Riasztások
  • Hálózati diagnózis
  • Topológiai információk
  • Rendszer-redundancia
  • Valós idejű (RT) kommunikáció
  • Ciklikus io kezelés
  • Parameterezés
  • Riasztások
  • Hálózati diagnózis
  • Topológiai információk
  • Tartalék sávszélesség (IRT)
  • Szinkronizáció
Hitelesítés
  • Kontroller
  • Egység (device)
  • Hálózati komponensek gyártói hitelesítéssel
  • Kontroller
  • Egység (device)
  • Hálózati komponensek
  • Kontroller
  • Egység (device)
  • Hálózati komponensek
Vezetékezés

Au IEC 61784-5-3 és IEC 24702 szerint

  • Réz
  • Optikai
  • Vezeték nélküli

Az IEC 61784-5-3 szerint

  • Réz
  • Optikai

Az IEC 61784-5-3 szerint

  • Réz
  • Optikai
Jellemző felhasználása
  • Infrastruktúra
  • Épületautomatizálás
  • Gyártástechnológia
  • Folyamatirányítás
  • Hajtásvezérlés
Profinet IO egység típusok[szerkesztés]
  • Az IO-Controller olyan vezérlő, ami felügyeli az automatizálási folyamatot.
  • Az IO-Device egy olyan terepi eszköz, melyet egy IO-Controller vezérel. Ezek az egységek sok esetben moduláris felépítésűek, szabadon konfigurálhatók.
  • Az IO-Supervisor egy – leggyakrabban PC-n futó – fejlesztési eszköz, az egyes IO-Device eszközök paraméterezését és diagnosztizálását teszi lehetővé.
Profinet IO hálózati felépítése[szerkesztés]

A minimális Profinet IO rendszer egy IO-Controller-ből és legalább egy IO-Device-ból áll. Ezen kívül időlegesen egy IO-Supervisor is a hálózathoz kapcsolható.

Két – vagy több – Profinet IO is használhatja ugyanazt az IP hálózatot egyidejűleg, és a beolvasott jelek is akár mindkét rendszer számára is olvashatóvá tehetők, csakúgy, mint az alrendszerek felől érkező adatok.

Minden ethernet-csatlakozós automatizálástechnikai egység alkalmas IO-Device vagy IO-Controller-ként is működni. Arra is lehetőség nyílik, hogy egy vezérlő egyfelől a saját moduljai felé IO-Controller-ként működjön, de más vezérlők felől IO-Device-ként legyen elérhető.

A Profinet IO a vezérlő – vezérlő (Controller to Controller: C2C) kapcsolatot is lehetővé teszi.

A megbízhatóság növelése érdekében a Profinet alkalmas a rendszer-redundáns megoldások kiépítésére is. Ebben az esetben (legalább) két IO-Controller-t tartalmaz a hálózat, melyeknek ugyanazokhoz az IO-Device-okhoz van hozzáférésük. Az éppen aktív IO-Controller a saját forgalmazását elsődlegesnek (primary) jelöli. A konfigurált IO-Device-ok mindkét vezérlőnek küldik a beolvasott jeleket, de csak a primary-nak jelölt vezérlőtől fogadnak parancsokat. Hiba esetén a másodlagos vezérlő azonnal át tudja venni az elődleges helyét. A két vezérlő közötti adatcserére a Profinet IO nem kínál szabványmegoldást.

Profinet IO adatcsere[szerkesztés]

Az IO-Controller és IO-Device közötti adatkapcsolat során egy alkalmazás-reláció (Application-Relation: AR) jön létre. Az AR határozza meg a különböző egységek közötti kommunikációs kapcsolatokat (Communication-Relations: CR), ezek:

  • Record Data CR: nem ciklikus paraméter-átvitel
  • IO Data CR ciklikus adatcsere
  • Alarm CR valós idejű riasztás-kezelés

Ciklikus adatcsere (IO Data CR): Ez tartalmazza az adatok ciklikus átvitelét, melyeket egyrészt a vezérlő küld a periféria-egységek felé, csakúgy, mint a perifériákon beolvasott adatokat, melyek a vezérlők felé kerülnek továbbításra. Ennek a bázisa a konfigurálható Real-Time-Concept, e szerint minden CR-ben eltérő ciklusidő állítható be. Az adatátvitel így két csoportra sorolható: Az ütemes átvitelt izo-szinkron átvitelnek (Isochronous Real Time: IRT), míg a nem ütemes átvitelt (Realtime: RT) átvitelnek jelölik.

Az adatátvitelnek ez a formája viszonylag nagy sávszélességet igényel, így a telegramok optimalizációja során kivették onnan az IP címeket. A ciklikus adatcsere adatcsomagjai így IP nélkül, csak a MAC címek alapján azonosítják a kiindulási és célállomásukat.

Nem ciklikus adatcsere (Record Data CR): A ciklikus adatcsere mellett ebben a formában olyan adatok kerülnek átvitelre, melyek nem gyakran változnak. Ide tartoznak a paraméterek, a konfigurációs adatok, diagnosztikai üzenetek. A nem ciklikus adatok átvitele a Profinet IO-ban UDP/IP protokollon zajlik.

Nem ciklikus riasztások (Alarm CR): A riasztásokat a periféria-egységek küldik a vezérlő felé, jellegüknél fogva nem ciklikus adatok. Időkritikus jelzések, melyek közvetlenül az Etherneten keresztül kerülnek továbbításra, és ráadásul nyugtázást is igényelnek a vezérlő felől.

Profinet IO konfiguráció[szerkesztés]

A Profinet IO konfigurációja szinte teljesen megegyezik a Profibus-ban megszokott GSD-vel (General Station Description). Az alap-struktúráján nem változtattak, ellenben az egész konfiuráció-leíró fájlt XML alapokra faragták át. A GSDML így funkcióját tekintve megegyezik a GSD-vel.

Profinet CBA[szerkesztés]

A Profinet CBA (Component Based Automation) egy komponens-alapú, TCP/IP alapokra helyezett, nem valós idejű kommunikáció.

A CBA erőssége a vezérlők közötti kommunikáció, ami leginkább az FMS-nek felel meg a Profibus felosztások analógiájára. A CBA alapötlete, hogy egy teljes rendszer szinte mindig önjáró (autonóm) vezérlők 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 Profinet 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.

Profinet CBA konfiguráció[szerkesztés]

A komponensek leírását az ún. PCD (Profinet Component Description) fájl tartalmazza. Ez egy XML bázisú leírás, ami a viszonyrendszereket, és a hálózati alkotóelemeket írja le.

Technológia[szerkesztés]

Profinet OSI[szerkesztés]

A Profinet OSI modell szerinti besorolása:

OSI-Réteg (de) OSI-Schicht (en) Profinet
7a Alkalmazási réteg Application IO-szolgáltatás és protokoll CBA-szolgáltatás és protokoll
7b üres RPC DCOM & RPC üres
6 Megjelenítési réteg Presentation -- --
5 Viszony réteg Session
4 Szállítási réteg Transport UDP TCP
3 Hálózati réteg Network IP, ARP, SMTP, DHCP
2 Adatkapcsolati réteg Data Link CSMA/CD, VLAN, DCP, MRP, MRRT (MRPD), LLDP
1 Fizikai réteg Physical 100BASE-TX, 100BASE-FX


Profinet funkciók megvalósítása[szerkesztés]

A Profinet IO funkciói az alábbi technológiákkal és protokolokkal kerülnek megvalósításra:

funkció technológia/protokoll CC-A CC-B CC-C
ciklikus adatcsere RT szükséges szükséges szükséges
Nem ciklikus paraméter-átadás Read/Write Record szükséges szükséges szükséges
Egységdiagnózis, riasztások Alarmhandling szükséges szükséges szükséges
Egységazonosítás I&M 0 szükséges szükséges szükséges
Topológia-információk LLDP szükséges szükséges szükséges
Bemenetek többszörös hívása Shared Input opcionális opcionális opcionális
Megosztott egységek funkciói Shared Device opcionális opcionális opcionális
Bővített egységazonosítás I&M 1-4 opcionális opcionális opcionális
Közvetlen adatcsere x-ref opcionális opcionális opcionális
Hálózat-diagnosztika SNMP - szükséges szükséges
Port-orientált statisztika PDEV - szükséges szükséges
Rendszer-redundancia 2 Controller - szükséges opcionális
Automatikus címzés LLDP,DCP - opcionális opcionális
Átkonfigurálás menet közben CiR - opcionális opcionális
Vezérlőadatok időpecsétje IEC 61588 - opcionális opcionális
Közegredundancia MRP - opcionális opcionális
Gyors újraindítás FSU - opcionális opcionális
Sávszélesség tartalék > 250 μs ciklusidő IRT - - szükséges
Sávszélesség tartalék < 250 μs ciklusidő IRT - - opcionális
Időzítés-szinkron IRT - - opcionális
Optimalizált üzem DFP - - opcionális
Várakozás nélküli média-redundancia MRRT (MRPD) - - opcionális

A Profinet által alkalmazott protokollok[szerkesztés]

Ethernet: Az IEEE 802.3 által definiált 100Base-TX vagy az optikai 100Base-FX engedélyezett a Profinet egységekhez való csatlakoztatásra

Az Autocrossover minden csatlakozásnál kötelező, így a keresztkötéses kábelek használata nem megengedett.

Az IEEE 802.1Q szerinti VLAN-t a Profinet elsőbbségi címkézéssel használja – valamennyi valós idejű adatot a lehető legmagasabb prioritással, a 6-sal viszi át

A Profinet telegramjai a hagyományos ethernetes eszközökkel (például a Wireshark-kal) követhetők és visszafejthetők

A Media Redundancy Protocol (MRP) lehetővé tesz egy redundáns, protokolltól független gyűrűtopológiát, melynek az átkapcsolási ideje kevesebb, mint 50 ms.

A redundáns gyűrűs megoldásoknál a késleltetés nélküli Media Redundancy Real-Time Protocol (MRRT) kell használni.

A Link Layer Discovery Protocol (LLDP) a szomszédok észlelését biztosítja, de ciklusidőn túli kommunikációra is alkalmazható.

Az internet protokoll (IP) a kapcsolatok felépítésére és a nem ciklikus adatátvitelre szolgál

A címfeloldási protokollt (ARP) kibővítették az ismétlődő IP-címek felismerésére.

Az IP címhozzárendelésekhez DCP vagy DHCP protokoll alkalmazása szükséges.

A Remote Procedure Call (RPC) protokoll a kapcsolatok konfigurálására és kezelésére szolgál. A CBA a Distributed Component Object Model (DCOM) objektumokat használja.

Fordítás[szerkesztés]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Profinet című német Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Források[szerkesztés]