Automatyka.eu

Sieć PROFInet - opis systemu cz. 2

Siemens | Niedziela, 03 grudzień 2006r.

PROFInet jest nowoczesnym standardem opracowanym przez organizację PROFIBUS International do budowy zintegrowanych i zwartych systemów sieciowych w automatyce przemysłowej opartym na sieci Industrial Ethernet.

Profinet_preview

Tagi:


PROFInet pozwala na integrację w jednej sieci prostych urządzeń polowych oraz aplikacji krytycznych czasowo. Umożliwia on również budowę rozproszonych systemów auto-matyki opartych na modelu komponentów (Component based automation).

Zdecentralizowane urządzenia obiektowe

W systemie PROFInet IO integracja rozproszonych urządzeń obiektowych odbywa się bezpośred-nio na poziomie sieci Ethernet. W tym celu została zapożyczona metoda dostępu master-slave znana z systemu PROFIBUS DP, która w PROFInet jest określana jako dostawca-odbiorca (provider-consumer). Z punktu widzenia komunikacji wszystkie urządzenia podłączone do sieci Ethernet są traktowane na równym poziomie. Przypisanie urządzeń obiektowych do głównego sterownika w sieci PROFInet odbywa się podczas konfiguracji, w której wykorzystywany jest znany w sieci PROFIBUS interfejs użytkownika: rozproszone peryferia odczytują sygnały wejściowe i przesyłają je do sterowni-ka. Zadaniem sterownika jest przetworzenie otrzymanych sygnałów i następne przesłanie danych wyjściowych do rozproszonych urządzeń peryferyjnych.

Przegląd funkcji

Standard PROFInet IO wyróżnia trzy typy urządzeń: IO-Controller, IO-Device, IO-Supervisor:
  • IO-Controller: jest to sterownik, na którym wykonywany jest program sterujący instalacją,
  • IO-Device: jest to urządzenie obiektowe, przypisane (zdalnie) do sterownika IO-Controller,
  • IO-Supervisor: urządzenie programujące  (lub komputer PC) z funkcjami diagnostycznymi itp.
Dane mogą być przesyłane pomiędzy sterownikiem (IO-Controller), a urządzeniami obiektowymi (IO-Devices) przez następujące kanały:
  • cykliczne dane wej/wyj poprzez kanał czasu rzeczywistego,
  • alarmy i zdarzenia przez kanał czasu rzeczywistego,
  • parametryzacja, konfiguracja i odczyt informacji diagnostycznych poprzez kanał standardowy oparty na UDP/IP.
W pierwszej fazie nawiązywania komunikacji poprzez kanał UDP/IP, określane są powiązania aplikacyjne (IO-AR) pomiędzy urządzeniami IO-Controller i IO-Device. Zawierają one kilka powiązań komunikacyjnych (CR), przez które przesyłane są dane konfiguracyjne, dane wej/wyj oraz przerwa-nia. Urządzenie IO-Controller przesyła dane konfiguracyjne oraz parametry przypisanych urządzeń IO-Device wykorzystując „Record Data CR". Cykliczna wymiana danych wej/wyj jest zaimplemento-wana w „IO CR". Zdarzenia acykliczne są przesyłane i potwierdzane za pomocą „Alarm CR" do urzą-dzenia IO-Controller.
W PROFInet występują następujące typy alarmów: odłączenie, przyłączenie, alarm diagnostyczny, statusu oraz odświeżania. Możliwe jest również zdefiniowanie alarmów użytkownika dla danego urzą-dzenia. Do każdego alarmu może być przypisany wysoki lub niski poziom priorytetu

Model urządzenia

Dla urządzeń PROFInet IO-Device określono jednolity model, który pozwala na konfigurację za-równo modułowych jak i kompaktowych urządzeń obiektowych. Został on oparty na modelu PROFI-BUS DP. Dla urządzeń modułowych wykorzystuje się sloty do instalowania modułów. Moduły te wy-posażane są w kanały wej/wyj, przez które wymieniane są z procesem dane wejściowe i wyjściowe.
Modułowa budowa gwarantuje, iż istniejące moduły wej/wyj PROFIBUS DP mogą być używane dalej w sieci PROFInet bez jakichkolwiek modyfikacji. Zapewnia to ochronę inwestycji producentów sprzętu oraz użytkowników (np. wykorzystanie części zamiennych).
Każde urządzenie IO-Device ma przypisany unikalny identyfikator PROFInet IO urządzenia. Jest to 32-bitowy numer identyfikacyjny podzielony na 16-bitowy identyfikator producenta oraz 16-bitowy identyfikator urządzenia. Identyfikator producenta przyznawany jest przez Profibus International. Na-tomiast identyfikator urządzenia jest przypisywany przez producenta sprzętu tak, aby odpowiadał jego wymaganiom projektowym.

Opis urządzenia (GSD)

Urządzenie PROFInet IO-Device integrowane jest do narzędzi konfiguracyjnych w ten sam sposób jak urządzenia PROFIBUS DP, tzn. przez plik opisu urządzenia GSD. Parametry urządzenia zawarto w pliku GSD (General Station Description), który zawiera wszystkie potrzebne informacje, tj.:
  • właściwości urządzenia IO-Device (np. parametry komunikacyjne),
  • zainstalowane moduły (typ oraz ilość),
  • dane konfiguracyjne poszczególnych modułów (np. modułów wejść analogowych),
  • parametry modułów (np. 4 - 20 mA),
  • teksty komunikatów błędów dla potrzeb diagnostyki (np. zwarcie, przerwanie przewodu).
Plik GSD tworzony jest w technologii XML. Fakt, iż XML jest otwartym, szeroko rozpowszechnio-nym i uznanym standardem do opisu danych, oznacza łatwy dostęp do narzędzi oraz pozwala na:
  • tworzenie i sprawdzanie zgodności przez zaimplementowanie standardowych narzędzi,
  • zintegrowanie języków obcych do opisu,
  • tworzenie struktur hierarchicznych.
Struktura pliku GSD odpowiada normie ISO 15745 i zawiera część specyfikującą dla urządzenia (dane konfiguracyjne, parametry modułów) oraz część opisującą komunikację (prędkość transmisji i interfejs połączeniowy).

Konfiguracja i wymiana danych

Utworzone pliki opisu urządzeń IO-Devices są importowane do narzędzia konfiguracyjnego. Po-szczególnym kanałom wej/wyj urządzeń polowych przypisane są adresy peryferyjne. Adresów wej-ściowe zawierają odebrane wartości procesowe. Program sterujący aplikacją przetwarza je i na ich podstawie oblicza wartości wyjść peryferyjnych, które przesyła do procesu. Narzędzie konfiguracyjne zawiera także możliwość parametryzacji modułów oraz kanałów, np. zakres 4 - 20 mA kanału analo-gowego.
Po zakończonej konfiguracji, otrzymane dane konfiguracyjne są przesyłane do sterownika IO-Controller. Urządzenia IO-Device są automatycznie parametryzowane i konfigurowane przez sterow-nik, a następnie przechodzą w tryb cyklicznej wymiany danych.

Diagnostyka

PROFInet IO zawiera wielopoziomową diagnostykę, która pozwala na szybką lokalizację oraz usuwanie usterek. W przypadku wystąpienia błędu, uszkodzone urządzenie IO-Device generuje alarm diagnostyczny w sterowniku IO-Controller. Alarm ten wywołuje odpowiadającą mu procedurę w programie sterownika, która zapewnia odpowiednią reakcję na błąd. Uszkodzenie urządzenia ozna-cza najczęściej, że wymaga ono wymiany. Sterownik IO-Controller w takim wypadku automatycznie przeprowadzi parametryzację i konfigurację nowo zainstalowanego modułu lub urządzenia.
Dane diagnostyczne mają następującą strukturę hierarchiczną:
  • numer slotu (moduł),
  • numer kanału,
  • typ kanału (wej/wyj),
  • zakodowana przyczyna błędu (np. zwarcie, przerwanie przewodu),
  • dodatkowe specyficzne informacje producenta.
W przypadku kiedy błąd wystąpi w kanale wej/wyj, uszkodzone urządzenie również generuje alarm diagnostyczny w sterowniku. Alarm ten wywołuje odpowiednią procedurę w programie sterującym. Dopiero kiedy procedura obsługi błędu zostanie wykonana, sterownik potwierdzi alarm w urządzeniu. Taki mechanizm potwierdzania zapewnia sekwencyjne przetwarzanie występujących błędów przez sterownik.

Moduły technologiczne

Prace rozwojowe w dziedzinie automatyki przemysłowej zmierzają w kierunku tworzenia maszyn oraz instalacji złożonych z modułów. Taka struktura pozwala na łatwiejszą rozbudowę systemów au-tomatyki i tworzenie systemów rozproszonych. PROFInet dostarcza rozwiązania pozwalające na lo-giczny podział urządzeń i traktowanie tych składowych jako moduły technologiczne.
Podczas procesu produkcyjnego funkcje automatyki instalacji lub maszyny realizowane są przez zdefiniowane wzajemne powiązania mechaniczne, elektryczne, elektroniczne oraz logikę lub opro-gramowanie sterujące. Na bazie tego PROFInet określa mechaniczne, elektryczno - elektroniczne oraz sterujące części w znaczeniu funkcjonalnym, tworząc tzw. moduły technologiczne.

Komponenty PROFInet

Odpowiednikiem modułu technologicznego w programowaniu instalacji jest tzw. komponent PRO-FInet. Każdy komponent PROFInet posiada interfejs, który zawiera zmienne technologiczne wymie-niane z innymi komponentami.
Komponenty są modelowane przy użyciu standardowej technologii COM. Technologia COM sta-nowi przyszłościową, obiektowo zorientowaną koncepcję pozwalającą na tworzenie aplikacji wykorzy-stujących przygotowane komponenty. Cechą komponentów jest to, iż są one jednostkami autono-micznymi i mogą tworzyć wzajemne powiązania z innymi komponentami. Komponenty te można swo-bodnie łączyć w większe grupy oraz można je wykorzystywać wielokrotnie bez względu na ich budo-wę wewnętrzna. PROFInet jednoznacznie definiuje mechanizmy dostępu do interfejsu komponentu.
Określenie wielkości komponentów jest ważne ze względu na łatwość ich wielokrotnego wykorzy-stywania w różnych systemach biorąc pod uwagę koszty oraz dostępność. Istotne jest łączenie po-szczególnych komponentów tak elastycznie jak to możliwe wykorzystując zasadę podziałów na mo-duły, tak aby stworzyć kompletny system. Jednak, z jednej strony zbyt małe rozdrobnienie powodują, że z technologicznego punktu widzenia, instalacja jest za bardzo złożona, co powoduje wyższe koszty inżynieringu. Z drugiej strony jednak, zbyt duże komponenty zmniejszają możliwość ich po-wtórnego wykorzystania, co skutkuje wyższymi kosztami implementacji.
Komponenty programowe są tworzone przez producenta maszyny lub procesu. Projektowanie ba-zujące na komponentach ma główny wpływ na obniżenie kosztów inżynieryjnych, kosztów sprzętu oraz na czasochłonnym definiowaniu systemu automatyki. Podczas opracowywania komponentu, ich wielkość może dotyczyć pojedynczego urządzenia, jak i może obejmować całe złożone maszyny.
Programowanie i konfigurowanie urządzeń przebiega jak dotychczas, z wykorzystaniem narzędzi dostarczanych przez producentów tych urządzeń. Pozwala to na dalsze wykorzystywanie istniejących programów aplikacyjnych oraz wykorzystanie doświadczeń programistów i obsługi. Ostatecznie opro-gramowanie aplikacyjne tworzy komponenty PROFInet, po czym tworzony jest i importowany plik opi-su komponentu - PCD (PROFInet Component Description) do biblioteki Edytora Połączeń.
Za pomocą Edytora Połączeń wcześniej opracowane komponenty pobierane są z biblioteki i po-przez wzajemne połączenia tworzą aplikację. Łączenie z wykorzystaniem interfejsu graficznego za-stępuje wcześniejsze, skomplikowane programowanie zależności komunikacyjnych. Programowanie wymaga szczegółowej wiedzy na temat budowy funkcji komunikacyjnych urządzenia. Podczas pro-gramowania musi być już konkretnie określone, które urządzenia będą komunikować się pomiędzy sobą, kiedy nastąpi wymiana danych oraz poprzez jaki typ sieci. W przypadku PROFInet wiedza ta nie jest konieczna podczas konfiguracji, ponieważ funkcje komunikacyjne są uruchamiane automa-tyczne w urządzeniach.
Edytor połączeń zespala indywidualne aplikacje, które są rozproszone po systemie. Edytor jest niezależny od producentów tzn. służy do konfiguracji komponentów PROFInet różnych dostawców. Po stworzeniu połączeń, informacje o połączeniach, a także kody wynikowe i dane konfiguracyjne komponentów przesłane są do urządzeń PROFInet. W ten sposób każde z urządzeń zna swoich partnerów komunikacyjnych, powiązania komunikacyjne oraz zakres wymienianych informacji. Roz-proszona aplikacja jest gotowa do pracy.

Komunikacja PROFInet

Komunikacja w systemie PROFInet może być elastycznie skalowana. Ma ona trzy poziomy wydaj-ności:
  • TCP, UDP oraz IP dla danych niekrytycznych czasowo, jak np. dane konfiguracyjne i parame-try,
  • Soft Real Time (SRT) dla danych krytycznych czasowo wykorzystywanych w automatyce przemysłowej,
  • Izochroniczny tryb Real Time (IRT) do wyjątkowo wymagających zastosowań jak np. sterowa-nie numeryczne (Motion Control).
Komunikacja standardowa TCP/UDP. Podstawowym protokołem komunikacyjnym w systemie PROFInet jest TCP/IP. TCP/IP stał się defacto standardem dla wszelkich aplikacji wykorzystujących technologie IT. Trzeba zauważyć, że w odniesieniu do współpracy pomiędzy różnymi aplikacjami nie wystarczy tylko ustanowienie wspólnego kanału komunikacyjnego (w warstwie 4.) w oparciu o TCP lub UDP pomiędzy urządzeniami. TCP/IP dostarcza tylko podstawowych funkcji do przesyłania da-nych w sieci lokalnej lub rozproszonej. Do wymiany danych wymagane są tzw. protokoły aplikacyjne leżące w warstwach wyższych niż TCP czy UDP. Współpraca urządzeń możliwa jest tylko wtedy, kie-dy ten sam protokół aplikacyjny jest wykorzystywany przez wszystkie urządzenia. Przykładami popu-larnych protokołów są np. wykorzystywany w Internecie SMTP (poczta e-mail), FTP (przesyłanie pli-ków), HTTP (używany do przesyłania stron internetowych).
Komunikacja Real Time. W automatyce przemysłowej aplikacje czasu rzeczywistego wymagają czasów odświeżania i odpowiedzi na poziomie 5 - 10 ms. Czas odświeżania jest to czas jaki upływa od momentu utworzenia zmiennej w aplikacji urządzeniu, następnie przesłania jej do partnera przez system komunikacyjny oraz ponowne jej udostępnienie dla aplikacji w stacji partnerskiej.
Dla zapewnienia pierwszoplanowego wykonywania programu aplikacyjnego w sterowniku, komu-nikacja czasu rzeczywistego może jedynie w minimalnym stopniu obciążać procesor urządzenia.
Jak pokazuje doświadczenie czasy transmisji poprzez sieć zbudowaną na bazie standardu Fast Ethernet (100 Mbps) lub szybszych są pomijalne w stosunku do czasów wykonania programu w ste-rownikach. Oznacza to, że czas potrzebny na udostępnienie danych w aplikacji dostawcy nie ma praktycznie wpływu komunikacja. To samo odnosi się do przetwarzania danych przez aplikację od-biorcy. Wynika z tego, że wszelka poprawa w czasie odświeżania i przez to w odpowiedzi czasu rze-czywistego osiągane są przede wszystkim przez właściwą optymalizacją stosu komunikacyjnego od-biorcy i dostawcy.
Protokół Soft Real Time (SRT).  Dla spełnienia wymagań czasu rzeczywistego w automatyce, PROFInet posiada zoptymalizowany kanał komunikacyjny czasu rzeczywistego - kanał Soft Real Ti-me. Kanał ten oparty jest na warstwie 2 Ethernet. Rozwiązanie to znacząco skraca czas obsługi stosu komunikacyjnego i zwiększa wydajność czasów odświeżania wartości procesowych. Po pierwsze pominięcie kilku warstw protokołu skraca długość wiadomości, po drugie przygotowanie danych do wysłania zajmuje mniej czasu. Równocześnie moc obliczeniowa procesora wymagana do obsługi komunikacji jest znacząco mniejsza.

Optymalizacja przesyłania danych

Obok minimalizacji stosu komunikacyjnego w sterowniku programowalnym w systemie PROFInet zoptymalizowano także przesyłanie danych w sieci. W tym celu przesyłane pakiety posiadają wskaź-niki priorytetu zgodne z IEEE 802.1Q. Przepływ danych pomiędzy urządzeniami sterowany jest w oparciu o te wskaźniki. Wskaźnik o wartości 6 standardowo stosowany jest do danych czasu rzeczy-wistego. Zapewnia to priorytet w stosunku do innych aplikacji, np. telefonii internetowej o wskaźniku 5.
Isochronous. Wymienione wcześniej rozwiązania do przesyłania danych czasu rzeczywistego są niewystarczające w aplikacjach sterowania numerycznego (Motion Control). Zastosowania takie wy-magają okresów odświeżania na poziomie 1 ms z dokładnością dla kolejnych cykli 1 μs dla stu wę-złów. Dla sprostania tym wymaganiom PROFInet definiuje transmisje z metodą time-slot-controlled (kontrolowanej szczeliny czasowej) w protokole warstwy 2 dla Fast Ethernet.
Dzięki synchronizacji czasowej urządzeń (komponentów sieciowych oraz urządzeń PROFInet) ze wspomnianą wcześniej dokładnością, w sieci można zdefiniować szczelinę czasową, podczas której są przesyłane kluczowe dane. Cykl komunikacyjny podzielony jest na część deterministyczną oraz część otwartą. Cykliczne telegramy czasu rzeczywistego są przesyłane kanałem deterministycznym, natomiast telegramy TCP/IP kanałem otwartym. Proces ten porównywalny jest z ruchem na autostra-dzie, na której lewy pas przeznaczony jest dla ruchu o znaczeniu krytycznym (czasu rzeczywistego) i nie mogą z niego korzystać inni użytkownicy (ruch TCP/IP). Wszelkie problemy na prawym pasie nie wpływają na ruch na lewym.
Implementacja protokołu izochronicznego oparta jest na warstwie sprzętowej. Specjalizowane (ASIC) układy scalone zapewniają synchronizację cykli oraz rezerwację szczeliny czasowej dla da-nych czasu rzeczywistego. Implementacja sprzętowa dostarcza wymaganej dokładności oraz odciąża procesor urządzenia. Zwolniona moc obliczeniowa może być wykorzystana do innych zadań.
Komunikacja PROFInet IO. Do inicjalizowania wymiany danych, przypisywania parametrów oraz diagnostyki w sieci PROFInet IO wykorzystywane są funkcje RPC bazujące na UDP/IP. Dzięki otwartemu i standardowemu protokołowi RPC stacje operatorskie i systemy inżynierskie (IO-Supervisors) mają dostęp do urządzeń IO-Devices PROFInet. Kanał czasu rzeczywistego jest wyko-rzystywany do przesyłania danych wej/wyj oraz alarmów.
W typowej konfiguracji, sterownik IO-Controller wymienia cykliczne dane wej/wyj z kilkoma zde-centralizowanymi urządzeniami obiektowymi IO-Devices wykorzystując powiązania komunikacyjne. Podczas każdego czasu cyklu, dane wejściowe są wysyłane z przypisanych urządzeń do sterownika, a w odpowiedzi do konkretnych urządzeń przesyłane są dane wyjściowe. Powiązania komunikacyjne monitorowane są poprzez kontrolę otrzymywanych cyklicznie informacji. Na przykład, jeżeli ramka cy-klu nie zostanie dostarczona w czasie trzech kolejnych cykli, sterownik uważa odpowiednie urządze-nie IO-Device za uszkodzone.
Warstwa transmisji danych systemu PROFInet jest zdefiniowana w normie IEEE 802.3, która opi-suje konfigurację protokołów oraz monitorowanie uszkodzeń. Telegram danych użytkownika zawiera co najmniej 64 bajty, maksymalnie może zawierać do 1500 bajtów. Całkowity nadmiar wynikający z przyjętego protokołu czasu rzeczywistego wynosi 28 bajtów

Komunikacja pomiędzy komponentami

Z poziomu komponentów PROFInet, DCOM (Distributed COM) został określony jako współdzielo-ny protokół oparty na bazie TCP/IP do komunikacji pomiędzy  komponentami PROFInet. Technologia DCOM stanowi rozszerzenie COM (Component Object Model) o obiekty rozproszone oraz ich współ-pracę poprzez sieć, bazując na standaryzowanym protokole RPC. PROFInet wykorzystuje tę techno-logię zarówno do wymiany danych z systemami inżynierskimi (diagnostyka, parametryzacja, konfigu-racja), jak i do ustanawiania połączeń i przesyłania danych użytkowych.
Technologia DCOM nie jest jedyną możliwością wymiany danych pomiędzy komponentami PRO-FInet. Określenie czy dane są wymieniane poprzez DCOM, czy kanał czasu rzeczywistego jest doko-nywane przez użytkownika. W momencie, kiedy urządzenia zestawiają komunikację, mogą przyjąć konieczność korzystania z protokołu czasu rzeczywistego. Niektóre z modułów maszyny lub instalacji mogą wymagać własności czasowych, które nie mogą być spełnione przez TCP/IP czy UDP.
TCP/IP oraz DCOM tworzą wspólny „język", który jest używany do rozpoczęcia komunikacji po-między urządzeniami. Kanał czasu rzeczywistego jest wtedy wykorzystywany do komunikacji pomię-dzy poszczególnymi węzłami sieci w aplikacjach krytycznych czasowo. Poprzez narzędzie konfigura-cyjne użytkownik może zdecydować o jakości obsługi przez ustawienie częstości zmian, tzn. czy wartości procesowe są przesyłane cyklicznie podczas pracy, czy tylko w przypadku ich zmiany. Transmisja cykliczna jest korzystniejsza w przypadku wartości szybkozmiennych, ponieważ spraw-dzenie, czy nastąpiła zmiana i reakcja na nią powoduje większe obciążenie procesora niż przy prze-syłaniu cyklicznym.

Topologia sieci

Możliwe topologie zależne są od wymagań poszczególnych stacji, które należy połączyć w sieci. Najczęściej wykorzystywanymi strukturami sieci są: gwiazda, linia, drzewo oraz pierścień. W praktyce budowane systemy stanowią połączenie podanych struktur. Sieci mogą być budowane z wykorzysta-niem zarówno kabli miedzianych jak i światłowodowych.
Gwiazda. Struktura gwiazdy charakteryzuje się występowaniem centralnego dystrybutora sygnału (tzw. switch), z którego wykonane są połączenia do pozostałych urządzeń. Zastosowaniem sieci o strukturze gwiazdy ma miejsce w przypadku dużej ilości urządzeń, przy stosunkowo małej odległości pomiędzy nimi, np. małe gniazda produkcyjne, pojedyncza maszyna.
Drzewo. Topologię drzewa stanowi kilka połączonych struktur gwiazdy. Możliwe jest wykorzysty-wanie zarówno skrętki miedzianej jak i kabli światłowodowych, zależnie od potrzeb. Strukturę drzewa wykorzystuje się do podzielenia złożonych instalacji na mniejsze segmenty.
Linia. Struktura linii jest budowana najczęściej przez wykorzystanie switcha w pobliżu innego urządzenia sieciowego lub switcha zintegrowanego z urządzeniem sieciowym. Topologia ta jest przede wszystkim używana do systemów rozległych np. systemy przenośników, oraz do tworzenia połączeń pomiędzy komórkami produkcyjnymi.
Pierścień (redundantny). Struktura pierścieniowa powstaje przez zamknięcie końców struktury li-niowej. Topologia pierścieniowa jest używana do systemów o wysokich wymaganiach niezawodności w celu ochrony przed przerwaniem linii lub uszkodzeniem elementu sieciowego.

Okablowanie sieciowe

Kable sieciowe w wykonaniu przemysłowym mogą być poddawane znacznym obciążeniom me-chanicznym i są właśnie specjalnie projektowane aby sprostać takim wymaganiom. Organizacja Pro-fibus International zdefiniowała zakres różnych typów kabli przeznaczonych do stosowania w specy-ficznych środowiskach spotykanych w przemyśle. Dzięki wystarczającym rezerwom systemu siecio-wego, długości sieci w typowych instalacjach przemysłowych nie stanowią ograniczeń. System oka-blowania tworzą przewody oraz złącza. Tylko elementy sieciowe, które zostały przetestowane oraz wypróbowane otrzymują oznaczenie potwierdzające zgodność z PROFInet.
Wymagania stawiane okablowaniu na obiekcie są podobne do wymagań znanych dla sieci PRO-FIBUS. Ze względu na fakt, iż stacje posiadają nie tylko interfejs dla danych, ale również wymagają zasilania 24 V, najlepsze rozwiązanie stanowi hybrydowa struktura okablowania. Kabel hybrydowy zawiera przewody do komunikacji oraz do zasilania. Kable te są dostępne jako Cu/FOC (2 włókna optyczne dla danych oraz 4 przewody dla zasilania) oraz Cu/Cu (4 przewody dla danych oraz 4 prze-wody dla zasilania) Kable światłowodowe są przeznaczone głównie do środowisk o silnych polach elektromagnetycznych oraz pozwalają zwykle na budowę bardziej rozległych struktur niż kable mie-dziane.
Okablowanie miedziane. Transmisja poprzez kable symetryczne miedziane prowadzona jest zgodnie ze standardem 100BASE-TX przy prędkości 100 Mbps (Fast Ethernet). Medium transmisyjne stanowią dwie skręcane pary przewodów miedzianych w ekranie (STP).
Dopuszcza się wyłącznie stosowanie kabli oraz złącz ekranowanych. Poszczególne elementy sieci muszą spełniać wymagania kategorii 5 zgodnie z IEC 11801. Cała sieć musi spełniać wymagania kla-sy D wspomnianej normy. Przekrój przewodów miedzianych wynosi AWG 22, zapewniając niskie tłu-mienie i pozwalając na budowę kompleksowych rozwiązań sieciowych. Specyfikacja kabli dla syste-mu PROFInet oparta jest na strukturze modułowej instalacji, zapewniający zgodność z wymogami IEC 11801 oraz pozwala na uproszczenie montażu.
System złącz obejmuje standardy RJ45 oraz M12. Podłączenie stacji ma formę wtyku. Kable przyłączeniowe (kable terminali) są dostarczane ze złączami na obydwu końcach, które mogą być konfekcjonowane z odpowiednim kablem sieciowym AWG 22.
Wszystkie urządzenia są połączone poprzez aktywne elementy sieciowe. PROFInet wykorzystuje do tego celu switche. Specyfikacja elementów sieciowych zapewnia ich nieskomplikowaną instalację. Kable komunikacyjne są dostarczane jako prefabrykowane ze złączami na obu końcach. Są to kable „proste" - niekrosowane. Maksymalna długość segmentu sieciowego wynosi 100m.
Okablowanie światłowodowe. PROFInet może wykorzystywać zarówno kable światłowodowe jedno- jak i wielomodowe. Transmisja danych odbywa się za pomocą linii o dwóch włóknach światło-wodowych według standardu 100BASE-FX z prędkością 100Mbps. Interfejs optyczny jest zgodny z ISO/IEC 9314-3 (wielomodowy) oraz ISO/IEC 9314-4 (jednomodowy).
W przypadku instalacji poza szafami sterowniczymi płaszcz kabli musi spełniać wymagania (me-chaniczne, chemiczne, temperaturowe) charakterystyczne dla danego środowiska instalacji.
Maksymalna długość segmentu linii światłowodu wielodomowego może wynosić 2 km. Dla linii opartej na włóknach jednodomowych długość nie może przekroczyć 14 km.

Komponenty aktywne

Jako aktywne elementy sieciowe dla systemu PROFInet wykorzystywane są switche. Służą one do regeneracji sygnału oraz kierowania przychodzących sygnałów. Dzięki funkcji przełączania dzielą sieć na segmenty. Funkcje switchów opisano w ISO/IEC 15802-3.
Switche wykorzystywane w systemie PROFInet są zgodne ze switchami Fast Ethernet (100Mbps, IEEE 802.3u) pracującymi w trybie pełnego dupleksu. Tryb pełnego dupleksu oznacza, że port komu-nikacyjny może równocześnie odbierać i wysyłać dane. Używanie switchy zmniejsza prawdopodo-bieństwo kolizji w sieci (mniejsze domeny kolizyjne). Skutkuje to mniejszą utratą pasma niż w przy-padku występowania częstych procedur kolizyjnych. Upraszcza się także znacząco proces konfigura-cji sieci - nie jest potrzebna kontrola długości segmentów sieciowych wewnątrz domen kolizyjnych.
Standard 10BASE-TX (10Mbps, CSMA/CD) również jest obsługiwany, aby zapewnić zgodność ze starszymi systemami. Switche przeznaczone dla PROFInet obsługują także telegramy z nadanym priorytetem (IEEE 802.1Q), standardową ścieżkę diagnostyczną, automatyczne wykrywanie zamiany polaryzacji, tryb autonegocjacji oraz funkcję automatycznego skrosowania. Istnieje również opcjonal-na możliwość „kopiowania" portu do celów diagnostycznych.
W przypadku kiedy switch przeznaczony do użytku biurowego spełnia podane wcześniej wymaga-nia, to i tak nie jest zwykle możliwe jego wykorzystanie przemysłowe. Do środowiska przemysłowego używane są switche o specjalnej budowie. Przede wszystkim ze względu na ich specjalna konstrukcję mechaniczną (stopień ochrony IP, itp.) i elektryczną (zasilanie 24V) przeznaczoną do trudnych wa-runków. Dodatkowo muszą one sprostać wymaganiom kompatybilności elektromagnetycznej EMC w warunkach przemysłowych zapewniając bezpieczną pracę.

Integracja systemów sieciowych

Standard PROFInet pozwala na integrację istniejących sieci PROFIBUS lub innych sieci obiekto-wych. Oznacza to możliwość budowania systemów zawierających różne standardy. Takie rozwiąza-nie zapewnia ciągłość w rozbudowie z klasycznych sieci obiektowych do bazujących na standardzie PROFInet.
Duża liczba istniejących instalacji s siecią Profibus oznacza, że w celu ochrony interesów koniecz-ne jest zapewnienie łatwego włączania tych systemów do struktur PROFInet. Przy tym należy pa-miętać o następujących sprawach:
  • użytkownicy żądają łatwej integracji pracujących u nich sieci z nowym systemem PROFInet;
  • wykonawcy maszyn oraz instalacji żądają możliwości dalszego używania sprawdzonych oraz udokumentowanych przez nich urządzeń w nowych projektach bez potrzeby wprowadzania zmian;
  • producenci urządzeń sieciowych chcą, aby ich urządzenia współpracowały z nowym syste-mem bez dodatkowych nakładów na wprowadzanie w nich zmian.
PROFInet oferuje dwie metody dołączania sieci obiektowych:
  • integracja sieci poprzez urządzenia Proxy
  • integracja aplikacji sieci obiektowych

Integracja przez Proxy. Koncepcja Proxy zapewnia prostą metodę podłączania istniejących sieci polowych do struktury PROFInet, z równoczesnym wysokim poziomem „przezroczystości". W war-stwie Ethernet proxy stanowi reprezentację jednego lub kilku urządzeń z sieci obiektowej. Reprezen-tacja ta zapewnia przezroczystą komunikację pomiędzy sieciami (nie występuje tunelowanie proto-kołów). Na przykład zapewnia przeźroczyste przesyłanie cyklicznych danych do urządzeń sieci obiektowej.
W przypadku standardu PROFIBUS DP proxy z jednej strony stanowi urządzenie master, które koordynuje wymianę danych pomiędzy węzłami sieci Profibus, z drugiej natomiast jest urządzeniem Ethernet z komunikacją PROFInet. Jako proxy mogą pracować sterowniki PLC, komputery PC lub specjalizowane urządzenia gateway.
W zakresie standardu PROFInet IO urządzenia slave sieci PROFIBUS DP są traktowane jako urządzenia wej/wyj. Dla PROFInet komponent inteligentne urządzenia slave są uważane jako nieza-leżne komponenty systemu PROFInet.
Integracja aplikacji sieci obiektowych. W zakresie modelu komponentowego cała aplikacja obiektowa może być mapowana jako komponent PROFInet. Jest to szczególnie ważne w przypadku, gdy istniejąca instalacja jest rozszerzana z wykorzystaniem systemu PROFInet, przy czym nie jest ważne, jaka sieć obiektowa została wykorzystana do automatyzacji. Komunikacja istniejącej instalacji z systemem PROFInet jest możliwa jedynie, jeżeli urządzenie master sieci obiektowej (traktowanej ja-ko komponent) jest zgodne ze standardem PROFInet. Oznacza to, że istniejące mechanizmy sieci obiektowej (np. PROFIBUS DP) są używane wewnątrz komponentu, natomiast mechanizmy PROFI-net na zewnątrz.

Opisane metody migracji zabezpieczają wszelkie interesy użytkowników istniejących systemów. Zabezpieczają także rozwiązania zawarte w programach sterujących. Standard PROFInet zapewnia płynne przejście do nowego poziomu sieci.

Profinet - opis systemu część 1

Profinet_small

Komentarze

dodaj komentarz

Partnerzy serwisu

  • Gigaom_color

Oferty pracy

Więcej

Polecamy