Qué es ProfiNet: arquitectura, funcionamiento, tipos y sus aplicaciones

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La tecnología Profinet fue desarrollada y publicada por PROFIBUS & PROFINET International a principios de 2000. PROFINET es una solución de Ethernet industrial innovadora y de estándar abierto que se utiliza para intercambiar datos entre controladores y dispositivos en automatización industrial . El concepto PROFINET simplemente satisface todos los requisitos de la tecnología de automatización industrial mediante el uso de estándares de TI como TCP/IP y XML para comunicar, configurar y diagnosticar los dispositivos/máquinas de campo. Por lo tanto, es la solución Industrial Ethernet bien adoptada. Por lo tanto, este artículo brinda información breve sobre Profibus: trabajar con aplicaciones.


¿Qué es Profinet?

PROFINET (red de campo de proceso) es un estándar de comunicación industrial basado en estándares internacionales que están diseñados para el intercambio de datos entre dispositivos y controladores en un sistema de control industrial. Aquí, los controladores son PLC, PAC o DCS, mientras que los dispositivos son sistemas de visión, bloques de E/S, lectores RFID, instrumentos de proceso, unidades, servidores proxy, etc. Dado que se trata de un estándar abierto, muchos fabricantes han diseñado productos PROFINET como PAC, PLCs, Robots, Drives, IOs, Proxies y herramientas de diagnóstico.



Mediante el uso de este estándar de comunicación industrial, podemos conectar HMI, SOCIEDAD ANÓNIMA , E/S distribuidas, un sensor , diferente transmisores , VFD y actuadores en una sola red. Profinet proporciona un tiempo de respuesta más rápido, por lo que la recopilación de datos se vuelve aún mejor.

Industrial Profinet está disponible con blindaje que ofrece un rendimiento superior en un entorno eléctricamente ruidoso. Para identificar dispositivos Profinet, debe definirse por nombre de dispositivo con dirección IP. Cada dispositivo dentro de una red debe estar asignado por dirección IP para comunicarse. Profinet se utiliza como una E/S remota similar a Profibus-DP para proporcionar una velocidad de comunicación muy rápida.



En la red más grande, se utiliza un conmutador de red para conectar Profinet para una distribución simple. El dispositivo de profinet se identifica a través de direcciones IP válidas. Por ejemplo, si el dispositivo Profinet tiene una dirección IP 191.127.0.20 donde los primeros tres dígitos incluyen información de red y el último dígito es un número de dispositivo.

Arquitectura ProfiNet

PROFINET es un protocolo de comunicación diseñado principalmente para el intercambio de datos entre controladores y dispositivos dentro de un entorno de automatización. Por lo tanto, es la solución Ethernet basada en la industria más utilizada. Como PROFINET es un estándar abierto, varios fabricantes han desarrollado diferentes productos de PROFINET como PLC, Robots, PAC, Proxies, IO, herramientas de diagnóstico, unidades, etc.
PROFINET simplemente define la comunicación cíclica y acíclica entre diferentes componentes como diagnósticos, alarmas, seguridad funcional e información adicional. Por lo tanto, PROFINET utiliza Ethernet estándar como medio de comunicación para conectar estos componentes.

Los componentes PROFINET en una red están conectados por cables Ethernet y permite que otros protocolos Ethernet coexistan en una infraestructura similar. Además de PROFINET, puede utilizar otros protocolos basados ​​en Ethernet para equilibrar la red como SNMP, OPC UA, HTTP o MQTT.
La arquitectura ProfiNet basada en ISO/ modelo OSI se muestra a continuación. PROFINET vive en 7 capas del modo ISO/OSI, que es la capa de aplicación. Generalmente, este modelo ISO/OSI de siete capas simplemente define las capas de abstracción del sistema de comunicación.

  Arquitectura Profinet
Arquitectura Profinet

ProfiNet trabajando

La automatización industrial necesita con frecuencia una comunicación determinista y de alta velocidad, lo que significa entregar mensajes exactamente cuando se espera. Por lo tanto, PROFINET debe asegurarse de que los mensajes se entreguen a una velocidad y determinismo adecuados según la tarea. Pero no todas las aplicaciones necesitan un rendimiento similar.

PROFINET entrega datos utilizando diferentes canales de comunicación como se muestra en la arquitectura anterior para garantizar un rendimiento adecuado como TCP/IP o UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time), IRT (Isochronous Real-Time) y TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET utiliza comunicación TCP/IP o UDP/IP, especialmente para tareas que no son críticas en cuanto al tiempo, como la configuración y la parametrización. Debido a la latencia y fluctuaciones adicionales relacionadas con la comunicación basada en IP, esta técnica es inapropiada para tareas en las que el tiempo es crítico.

PROFINET usa un canal RT para entregar datos de una manera muy rápida y determinista para usar en aplicaciones basadas en tiempo crítico. PROFINET RT satisface las necesidades de la mayoría de las aplicaciones de tiempo crítico. Por lo tanto, el rendimiento general depende principalmente del diseño de la red; sin embargo, puede lograr tiempos de ciclo de 250 µs a 512 ms. Por lo tanto, no necesita una configuración o hardware especial para utilizar el mecanismo en tiempo real de PROFINET porque todos los productos de PROFINET están equipados con esta capacidad.

PROFINET IRT se utiliza para aumentar el rendimiento de modo que reduzca los retrasos de datos modificables aumentando las reglas utilizadas para cambiar el tráfico de Ethernet y también creando reglas especiales para el tráfico de PROFINET. Este IRT es opcional y solo se requiere en aplicaciones exactas basadas en alto rendimiento, como prensas de impresión y máquinas de embalaje.

La especificación PROFINET V2.4 más reciente lanza un cuarto canal de comunicación como PROFINET sobre TSN. Esta es una nueva tecnología que se encuentra en la capa de enlace de datos en el modelo ISO/OSI. Es un conjunto de estándares IEEE 802 que se utiliza para que Ethernet sea determinista de forma predeterminada. Algunos de los estándares IEEE son; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB e IEEE 802.1Q-2018.

Tipos de ProfiNet

Profinets están disponibles en dos tipos basados ​​en cables utilizados como cables de cobre y cables de fibra óptica.

Cable de cobre Profinet

Este es un cable blindado de 4 hilos de color verde y admite hasta 100 Mbps Fast Ethernet a 100 metros de distancia. Al usar este cable, se logra la transmisión Full Duplex, lo que significa que los datos se transmiten en dos direcciones simultáneamente. Además, para velocidades de transmisión de 1 Gbps, se utilizan cables de cobre de 8 núcleos.

  Cable de cobre ProfiNet
Cable de cobre ProfiNet

Los cables de cobre PROFINET están disponibles en cuatro tipos tipo A, tipo B, tipo R y tipo C.

  • Los cables de cobre tipo A se utilizan principalmente para instalaciones fijas.
  • Los cables de cobre tipo B se utilizan donde hay flexión. Estos tipos de cables pueden resistir vibraciones o movimientos ocasionales.
  • Los cables de cobre tipo R se utilizan en aplicaciones robóticas.
  • Los cables de cobre tipo C se utilizan en aplicaciones especializadas y pueden resistir tanto el movimiento como los entornos dinámicos. Por ejemplo, máquinas rotativas.
  • También hay otros cables de cobre, como cables de arrastre que se usan para piezas móviles, cables enterrados que se usan en comunicaciones subterráneas y cables no corrosivos retardantes de llama que se usan para protección contra incendios.

Cables de fibra óptica Profinet

Estos cables utilizan dos hilos paralelos que se utilizan para el montaje de conectores directamente. Estos tipos de cables tienen velocidades de hasta 100 Mbit/s y también comunicación full dúplex.

  Cable de fibra óptica
Cable de fibra óptica

Estos tipos de cables brindan muchos beneficios, como que pueden cubrir kilómetros de distancia y brindan un aislamiento eléctrico total entre las regiones de la planta. Además, estos cables son resistentes a las interferencias electromagnéticas. Estos cables están disponibles en dos tipos, Tipo B y Tipo C, donde los cables de tipo B se usan para uso flexible o estacionario y los cables de tipo C se usan para aplicaciones especiales como vibración, movimiento permanente, etc.

ProfiNet frente a Ethernet

los diferencias entre Profinet y Ethernet se discuten a continuación.

Profinet

ethernet

PROFINET es la solución Industrial Ethernet desarrollada por PROFIBUS & PI (PROFINET International). Ethernet es un medio de comunicación de red muy famoso que se utiliza para crear redes a nivel mundial.
Se utiliza para intercambiar datos entre dispositivos y controladores. Se utiliza para conectar nodos en una LAN.
PROFINET se encuentra en la capa de aplicación del modelo ISO/OSI porque es una aplicación. Ethernet se encuentra en (la capa física y la capa de enlace de datos).
En comparación con Ethernet, funciona a velocidades de transmisión muy altas. Su velocidad de transmisión es baja.

ProfiNet frente a Profibus

los diferencias entre Profinet y Profibus se discuten a continuación.

ProfiNet

profibus

El protocolo Profinet es un protocolo de nivel de centro de control y nivel de controlador. El protocolo Profibus es un protocolo a nivel de controlador.
Utiliza topología de bus. Utiliza una topología token ring.
Se ejecuta en Ethernet, que es un sistema estocástico. se ejecuta en RS485 que es un sistema de autobuses.
El cable utilizado en este protocolo es un cable apantallado de 4 pares. El cable utilizado en este protocolo es un cable apantallado de par trenzado.
La longitud máxima de cable entre dos repetidores es de 100 metros. La longitud máxima de cable entre dos repetidores oscila entre 100 y 200 metros según la tasa de bits utilizada.
La velocidad de Profinet es de 1 Gbit/s o 100 Mbit/s. La velocidad de Profibus es de 12 Mbit/seg.
Tiene tiempos de ciclo ajustables para cada dispositivo. Tiene tiempos de ciclo fijos para cada dispositivo.

Conector Profinet

Los conectores Profinet están especialmente diseñados para las terminaciones de cables Profinet. Estos conectores son muy populares debido a su asequibilidad y también a su uso simple. Por lo tanto, estos son fáciles de usar, se conectan rápidamente, brindan un alto rendimiento, su estructura es rígida, resistente a los golpes y también libres de mantenimiento.

Topología ProfiNet

En el diseño de redes, la flexibilidad y el diseño son las principales características de PROFINET. Admite opciones de combinación aproximadamente ilimitadas cuando se utilizan todas las topologías típicas de Ethernet. Existen diferentes topologías PROFINET fundamentales, por lo que la selección de la topología correcta es importante para el diseño de la planta de automatización PROFINET. Después de este diseño, la topología tiene que ser ajustada. Para configurar la topología de Profinet, es posible que se requieran conmutadores adicionales. Las diferentes topologías básicas de PROFINET están disponibles como topologías de estrella, árbol y línea.

Topología de las estrellas

La topología en estrella es apropiada para áreas que incluyen una extensión geográfica parcial. Esta topología se crea automáticamente si numerosos nodos de comunicación se asocian a un conmutador general. Si el nodo de un único PROFINET falla o se desconecta, los demás nodos de PROFINET funcionarán de forma continua. Pero, si el interruptor del medio falla, la comunicación se interrumpirá con todos los nodos conectados.

  Topología de las estrellas
Topología de las estrellas

Topología de árbol

Una topología de árbol se forma conectando varias redes en estrella a una sola red. La unidad funcional está formada por las partes de la planta de automatización que están unidas por puntos estrella. Por lo tanto, estos están interconectados a través de conmutadores vecinos. En star point, un solo interruptor funciona como un distribuidor de señal.

  Topología de árbol
Topología de árbol

Topología de línea

La topología de línea se usa ampliamente en plantas de automatización para cintas transportadoras y también se usa en aplicaciones de máquinas pequeñas. Los dispositivos de PROFINET están equipados con un interruptor integrado para ayudar a las topologías de línea en el reconocimiento. Una vez que se produce la interrupción de la línea cuando se utilizan topologías de línea, ya no se puede establecer contacto con los dispositivos dispuestos después del dispositivo que falló. Por lo tanto, esto se puede evitar expandiendo la línea en forma de anillo con un protocolo de redundancia.

  Topología de línea
Topología de línea

ventajas

los Ventajas de ProfiNet Incluya lo siguiente.

  • PROFINET le ofrece las mejores formas de mejorar su productividad con cuatro beneficios importantes: flexibilidad, apertura, rendimiento y eficiencia.
  • Alta disponibilidad y confiabilidad operativa.
  • Accesibilidad de los datos transparentes.
  • Combinación fácil e impecable de sistemas Fieldbus establecidos a través de pasarelas/proxies.
  • Tiene opciones de diagnóstico significativas y detalladas.
  • Al usar Profinet, podemos ejecutar diferentes opciones de topología como estrella, línea, anillo y árbol.
  • Ofrece reconocimiento de topología y diagnóstico para una puesta en marcha de red rápida y competente.
  • La seguridad funcional de Profibus evita riesgos por el falso funcionamiento de maquinaria industrial

Aplicaciones

los aplicaciones de ProfiNe t incluir lo siguiente.

  • PROFINET se utiliza en diferentes aplicaciones, como aplicaciones de automatización de procesos, producción, seguridad y control de movimiento isócrono.
  • PROFINET se utiliza en todas las áreas de ingeniería de automatización.
  • Esta es una solución abierta de Ethernet industrial basada en estándares internacionales utilizados para intercambiar datos entre dispositivos y controladores dentro de un entorno de automatización.
  • El campo de proceso Net es utilizado por Siemens PLC.
  • PROFINET se utiliza en diferentes campos para implementar soluciones de automatización como la automatización de procesos, la automatización de edificios y la automatización de fábricas.
  • PROFINET se utiliza sobre Industrial Ethernet para la comunicación de datos.
  • Se utiliza generalmente en el proceso de automatización para cambiar y controlar medios como líquidos y gases.
  • Estos también se utilizan en diferentes áreas, como el suministro de gas combustible, la automatización y el control de aguas residuales o el tratamiento de aguas.
  • Se utiliza para plantas de procesamiento en la industria de bebidas, lácteos y para la producción de alimentos.
  • Es aplicable en una amplia gama de industrias como gas, automotriz, petróleo, logística y muchas más.

Por lo tanto, todo esto se trata una visión general de un Profinet tecnología: trabajar con aplicaciones. Este es el estándar de Ethernet industrial más importante del mercado. Esta es una tecnología orientada al futuro y establecida a nivel mundial que cuenta con el respaldo de varios proveedores de productos para garantizar la protección de la inversión y la disponibilidad a largo plazo. Aquí hay una pregunta para usted, ¿qué es Profibus?