Il protocollo PROFINET

profinet

PROFINET è un protocollo di comunicazione industriale

Un protocollo di comunicazione industriale è un insieme di regole che definiscono come i dispositivi di automazione industriale comunicano tra loro. Questi protocolli consentono ai dispositivi di scambiare dati, come valori di misura, comandi di controllo e informazioni di diagnostica.

Basato su Ethernet

un protocollo di comunicazione standard utilizzato in una varietà di applicazioni, tra cui la rete domestica, l'ufficio e l'industria. Ethernet offre una serie di vantaggi rispetto ad altri protocolli di comunicazione industriale:

  • Velocità di comunicazione elevata: Ethernet può supportare velocità di comunicazione fino a 100 Gbit/s, che lo rende ideale per applicazioni che richiedono una trasmissione rapida di dati.
  • Raggio d'azione esteso: Ethernet può supportare un raggio d'azione fino a 100 km, che lo rende ideale per applicazioni di grandi dimensioni.
  • Flessibilità: Ethernet supporta una varietà di topologie di rete, che consente di adattare la rete alle esigenze specifiche dell'applicazione.

PROFINET è stato sviluppato da Siemens e dalle aziende associate all'organizzazione degli utenti PROFIBUS (PNO). Siemens è un'azienda tedesca leader nel settore dell'automazione industriale. La PNO è un'organizzazione internazionale che rappresenta i produttori di apparecchiature di automazione industriale. Protocollo aperto, supportato da un'ampia gamma di produttori di apparecchiature di automazione industriale


PROFINET è un protocollo di comunicazione industriale

Come funziona PROFINET?

Gli ambienti di automazione industriale richiedono spesso velocità elevate e comunicazioni deterministiche. La comunicazione deterministica significa consegnare i messaggi esattamente quando sono previsti.
PROFINET deve garantire che i messaggi vengano consegnati con la velocità e il determinismo appropriati a seconda dell'attività. Non tutte le applicazioni richiedono la stessa performance.
Ad esempio, il caricamento dei dati di configurazione per uno strumento di processo può richiedere diversi minuti senza influire sulla produzione. D'altra parte, un ritardo di comunicazione di pochi millisecondi tra un PLC e un inverter ad alta velocità può avere un impatto significativo sul processo.

PROFINET è un protocollo di comunicazione che opera a livello sette del modello ISO/OSI, il modello a sette livelli che descrive in modo generico gli strati di astrazione di un sistema di comunicazione.

Per garantire prestazioni appropriate, PROFINET invia dati attraverso i seguenti canali di comunicazione:

  • TCP/IP (o UDP/IP)
  • PROFINET Real-Time (RT)
  • PROFINET Isochronous Real-Time (IRT)
  • Time Sensitive Networking (TSN)

PROFINET può utilizzare la comunicazione TCP/IP o UDP/IP per attività non critiche dal punto di vista del tempo, come la configurazione e la parametrizzazione. Tuttavia, a causa dell'elevata latenza e jitter associata alla comunicazione basata su IP, questo metodo non è adatto per attività critiche dal punto di vista del tempo.

PROFINET utilizza un canale in tempo reale

per inviare dati in modo rapido e deterministico per le applicazioni critiche dal punto di vista del tempo.

Ecco come funziona PROFINET in tempo reale:
I frame Ethernet standard hanno un campo chiamato EtherType, che indica il tipo di protocollo utilizzato. La comunicazione PROFINET in tempo reale è impostata su un EtherType di 0×8892. All'arrivo al nodo di destinazione, il frame viene indirizzato direttamente all'applicazione PROFINET. I dati passano direttamente da Ethernet, livello 2, a PROFINET, livello 7. Saltano i livelli TCP/IP e evitano il tempo variabile che potrebbe richiedere il loro processamento. Pertanto, la velocità e il determinismo della comunicazione migliorano significativamente.

PROFINET in tempo reale soddisfa i requisiti della stragrande maggioranza delle applicazioni critiche dal punto di vista del tempo. La performance complessiva dipenderà dal design della rete, ma in generale è possibile ottenere tempi di ciclo da 250 µs a 512 ms.
Non è necessario hardware o configurazione speciale per utilizzare il meccanismo PROFINET in tempo reale, poiché tutti i prodotti PROFINET sono dotati di questa capacità.

PROFINET IRT

Per prestazioni ancora più elevate, è possibile utilizzare PROFINET IRT. PROFINET IRT elimina i ritardi variabili dei dati migliorando le regole utilizzate per comutare il traffico Ethernet e creando regole speciali per il traffico PROFINET. Soddisfa tutti i requisiti di sincronizzazione e consente comunicazioni deterministiche con tempi di ciclo fino a 31,25 µs e fino a 1 µs di ritardi previsti, noti anche come jitter. PROFINET IRT è opzionale ed è richiesto solo in applicazioni ad alte prestazioni, come le macchine confezionatrici e le macchine da stampa.


profinet Technology

PROFINET offre una serie di caratteristiche

che lo rendono un protocollo di comunicazione industriale versatile e potente:

Velocità di comunicazione

PROFINET supporta velocità di comunicazione fino a 100 Gbit/s, che lo rende ideale per applicazioni che richiedono una trasmissione rapida di dati. Ad esempio, in applicazioni di automazione di processo, è necessario trasmettere dati in tempo reale per il controllo di processi industriali. PROFINET offre la velocità di comunicazione necessaria per queste applicazioni.

Flessibilità

PROFINET supporta una varietà di topologie di rete, tra cui stella, bus e mesh. Ciò consente di adattare la rete alle esigenze specifiche dell'applicazione. Ad esempio, una topologia a stella è la più semplice e conveniente, ma può essere meno efficiente in termini di prestazioni rispetto ad altre topologie. Una topologia a bus è più resiliente, ma può essere più complessa e costosa da implementare. Una topologia mesh è la più resiliente, ma può essere ancora più complessa e costosa da implementare.

Sicurezza

PROFINET supporta una serie di funzionalità di sicurezza, tra cui l'autenticazione, l'autorizzazione e la crittografia. Ciò aiuta a proteggere i dati sensibili dalla perdita o dall'accesso non autorizzato.
Ad esempio, PROFINET può essere utilizzato per proteggere dati come le ricette di produzione o i dati di controllo di processo.

Interoperabilità

PROFINET è un protocollo aperto, supportato da un'ampia gamma di produttori di apparecchiature di automazione industriale. Ciò consente di creare sistemi di automazione flessibili e scalabili. Ad esempio, un sistema di automazione può essere composto da dispositivi di diversi produttori, tutti interoperabili grazie a PROFINET.

Supporto per diversi tipi di dispositivi

PROFINET supporta una varietà di dispositivi: PLC, sensori, attuatori, robot e macchine utensili.

Supporto per diverse applicazioni

PROFINET può essere utilizzato per una vasta gamma di applicazioni: automazione di processo, automazione di fabbrica e automazione dei macchinari.

Supporto per diversi protocolli di livello superiore

PROFINET può essere utilizzato per supportare una varietà di protocolli di livello superiore, tra cui OPC UA e Modbus.

PROFINET supporta una varietà di topologie di rete

Topologia a stella:In una topologia a stella, tutti i dispositivi sono collegati a un nodo centrale. Questa è la topologia più semplice, ma può essere meno efficiente in termini di prestazioni rispetto ad altre topologie.
Topologia a bus:In una topologia a bus, tutti i dispositivi sono collegati a un singolo cavo. Questa topologia è semplice e conveniente, ma può essere meno resiliente rispetto ad altre topologie.
Topologia mesh:In una topologia mesh, tutti i dispositivi sono collegati tra loro. Questa topologia è la più resiliente, ma può essere più complessa e costosa da implementare rispetto ad altre topologie.


PROFINET è utilizzato in una vasta gamma di applicazioni di automazione industriale

  • Automazione di processo: PROFINET è utilizzato in applicazioni di automazione di processo per il controllo di processi industriali, come la produzione di energia, il trattamento delle acque e la produzione di alimenti e bevande.
  • Automazione di fabbrica: PROFINET è utilizzato in applicazioni di automazione di fabbrica per il controllo di macchine e apparecchiature, come robot, linee di produzione e macchine utensili.
  • Automazione dei macchinari: PROFINET è utilizzato in applicazioni di automazione dei macchinari per il controllo di singoli macchinari, come presse, macchine utensili e macchine di assemblaggio.
Moxa MGate 5103Gateway Profinet MGate 5103 Moxa