PROFINET

Новый открытый коммуникационный стандарт PROFINET (IEC 61158) устраняет указанные недостатки и существенно расширяет функциональные возможности обмена данными и охватывает широкий спектр требований по использованию Ethernet в системах автоматизации.

Особенности промышленных сетей PROFINET

Вариант сети Industrial Ethernet для систем автоматизации, стандартизо­ванный как PROFINET, был разрабо­тан компанией Siemens с целью уни­фикации полевых сетей (Fieldbus) для построения систем, работающих в ре­альном времени со скоростью связи до 100 Мбит/c в жёстких промышленных условиях эксплуатации.

Спецификация стандарта предусмат­ривает взаимодействие PROFINET с другими сетями (PROFIBUS, Interbus, DeviceNet и т.д.) с помощью шлюзов.

Средой передачи могут быть медные провода и оптоволокно. Возможно применение в сети PROFINET разных топологий (линейной, кольцевой, «звезда», «дерево»). В линейной сети коммутатор устанавливают ближе к приборам или даже встраивают вместе с процессором в устройство. Для каж­дого устройства выделяется свой ком­мутатор для управления конвейерными передачами. Кольцевая топология, ис­пользуемая для повышения надёжно­сти, может включать две сети со встреч­ным направлением передачи.

Особенности кабельной связи в про­мышленных сетях PROFINET связаны с жёсткими условиями эксплуатации оборудования. В сети PROFINET ис­пользуются экранированные витые медные пары проводов длиной до 100 м и с характеристическим сопротивлени­ем 100 Ом (100Base-TX), со свойствами не хуже тех, что соответствуют катего­рии 5 и классу D (ISO/IEC 11801).

Каждое удалённое устройство под­ключают через активный компонент, образуя узел в сети.

Для разных приложений стандарт PROFINET определяет три уровня производительности: PROFINET NRT PROFINET RT, PROFINET IRT.

PROFINET NRT с временем цикла бо­лее 100 мс не поддерживает режим реаль­ного времени и предназначен в основ­ном для автоматизации отдельных тех­нологических процессов. PROFINET RT используется в случаях с более высо­кими требованиями к времени цикла (более 10 мс), например в системах авто­матизации предприятия. Самым высо­ким требованиям по производительно­сти отвечает PROFINET IRT (время цикла менее 1 мс), основной областью его применения является управление комплексными приводными системами.

Ethernet для автоматизации приборных систем измерения

На основе стандарта Ethernet разра­ботан новый отраслевой стандарт LXI (2004 г.).

Рис. 3. Промышленный 18-портовый управляемый коммутатор EKI-7656C для сетей Gigabit Ethernet

Спецификация LXI предна­значена для измерительных систем и призвана заменить прежний прибор­ный байтовый интерфейс с разделяе­мой средой связи. Сети приборов на ос­нове архитектуры LXI предложил кон­сорциум производителей контрольно-измерительных систем, одним из глав­ных инициаторов выступила компания Agilent Technologies. Широкое исполь­зование преимуществ сетевых протоко­лов в последовательной сети небольшо­го количества приборов позволяет от­казаться от аппаратных секций и пе­рейти к прямому подключению ком­пактных приборов с интерфейсом LXI к портам коммутаторов и маршрутиза­торов или использовать адаптеры для связи с существующими стандартными приборными системами.

Физический уровень интерфейса LXI создан для обеспечения гибкости связи приборов в сети. Он позволяет соединять настольные приборы по пе­редней панели, настенные приборы и встраиваемые модули без передней па­нели. В отличие от существующих уст­ройств типа PXI/VXI устройства с та­ким сопряжением могут иметь любые размеры и приобретают самодостаточ­ность. Каждое устройство имеет источ­ник питания, систему запуска, защиту и интерфейс. Стандартом допус­каются версии сети 10 и 100 Мбит/c, но рекомендуется сеть Gigabit Ethernet с автоматическим выбором скорости пе­редачи и с автоматическим распозна­ванием полярности кабеля сети. Каж­дый прибор в сети должен иметь посто­янный сетевой MAC-адрес и IP-адрес с возможностью динамической конфи­гурации в сети по протоколу DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

Устройства должны легко идентифи­цироваться в сети с помощью протоко­ла сетевого обследования.

Рис. 4. Пример комбинированной сети из нескольких колец HIPER-Ring

Точность установки времени допускает джиттер менее 100 нс. Уст­ройства могут передавать информацию и данные о времени без использования компьютера, занятого задачами обра­ботки данных в реальном времени.

Выводы:

Каналы связи и топологии сети

Для организации обмена данными между системами автоматизации в сети PROFINET могут использоваться электрические (витые пары), оптические и беспроводные каналы связи Ethernet. В зависимости от вида используемых каналов для построения сети может использоваться различный набор сетевых компонентов. Обеспечивается поддержка всех топологий, характерных для сети Industrial Ethernet: линейных, кольцевых, древовидных.

Сетевые компоненты

Для построения сетей PROFINET концерн SIEMENS предлагает широкую гамму активных и пассивных сетевых компонентов, а также коммуникационного программного обеспечения и инструментальных средств проектирования. Большинство сетевых компонентов PROFINET может использоваться и в сетях Industrial Ethernet. Пассивные сетевые компоненты Пассивные PROFINET компоненты включают в свой состав электрические (витые пары 2х2) и оптические кабели, а также соединительные устройства различного назначения. Для большинства электрических пассивных компонентов поддерживается технология FastConnect, позволяющая выполнять быстрый и безошибочный монтаж сети. Все соединительные устройства выполнены с учетом требований стандарта PROFINET. Данные для заказа пассивных сетевых компонентов приведены в листе "Стандарт Industrial Ethernet".

Активные сетевые компоненты Активные PROFINET компоненты представлены широкой гаммой коммутаторов серии SCALANCE X200/X200IRT/Х400. Модули серии SCALANCE X позволяют конфигурировать линейные, звездообразные и кольцевые структуры сетей Industrial Ethernet/ PROFINET, использовать для передачи данных оптические и электрические каналы связи, поддерживают технологию коммутируемых сетей, позволяют использовать обмен данными в реальном масштабе времени, в том числе, и с тактовой синхронизацией. Более подробная информация о коммутаторах данной серии приведена в листе "Промышленные коммутаторы SCALANCE".

В настоящее время наиболее ярко прослеживаются два направления использования сетей PROFINET:

-построение систем распределенного ввода-вывода (PROFINET IO) и

-построение модульных систем управления с распределенным интеллектом - PROFINET CBA (Component Based Automation).

В зависимости от функционального назначения в сети PROFINET могут использоваться различные механизмы обмена данными, различный состав аппаратуры, различные инструментальные средства проектирования.

Решения на основе PROFINET

В настоящее время наиболее ярко прослеживаются два направления использования сетей PROFINET: построение систем распределенного ввода-вывода (PROFINET IO) и построение модульных систем управления с распределенным интеллектом - PROFINET CBA (Component Based Automation).

В зависимости от функционального назначения в сети PROFINET могут использоваться различные механизмы обмена данными, различный состав аппаратуры, различные инструментальные средства проектирования.

Различия между разными типами сетей