Profinet – standard pro průmyslový Ethernet v automatizaci

Profinet – standard pro průmyslový Ethernet v automatizaci

Charakteristika

Jedním z aktuálních požadavků moderní automatizace je zajištění homogenní komunikace na všech úrovních struktury řízení výroby, tzn. od úrovně akčních členů a přístrojové techniky v technologickém provozu, přes úroveň řízení (programovatelných automatů) a výše až do nadřazených stupňů zpracování a vyhodnocování technologických dat.

Standardizované propojení, jednotná správa sítě, osvědčené techniky z oblasti IT a komplexní diagnostika mohou znamenat úsporu ve fázích projektování i při oživování zařízení či v běžném provozu. Výhody, které poskytují průmyslové sběrnicové systémy (fieldbuses), a na druhé straně standardizované funkce ze světa IT založené na Ethernetu by měly být využívány současně pomocí jednotného komunikačního systému. Proto byl mezinárodní organizací Profibus International definován rozsáhlý standard Profinet, vycházející ze standardu Ethernet, který provozním jednotkám umístěným přímo v technologickém provozu otevírá zcela nové možnosti. Společnost Siemens má s komunikačním standardem Profinet rozsáhlé zkušenosti. Jeho základní vlastnosti jsou shrnuty v tab. 1.

Tab. 1. Profinet – nový trend využití standardu Ethernet na všech úrovních průmyslové komunikace

Profinet je tedy standardizovaný, otevřený, na výrobci či dodavateli nezávislý komunikační systém pro všechny úrovně průmyslové automatizace, založený na průmyslovém Ethernetu. Je schopen zajistit odezvu v reálném čase a umožňuje i izochronní přenosy dat, např. pro řízení pohybu. Do sítě Profinet je možné bez problémů začlenit distribuovanou přístrojovou techniku různých výrobců – projektování a tvorba distribuovaných automatizačních struktur jsou velmi efektivní a nezávislé na konkrétním dodavateli přístrojů. Instalaci sítě lze navrhnout s ohledem na průmyslové prostředí. Administrace systému je jednoduchá a k diagnostice se využívají běžně známé služby IT. Pamatováno je i na zabezpečení proti neautorizovanému přístupu a manipulaci s daty. K dispozici je i komunikace odolná proti selhání (failsafe).

Z uvedených důvodů je Profinet vhodným a perspektivním řešením pro všechny aplikace a průmyslová odvětví spojená s automatizací diskrétních i kontinuálních výrobních procesů.

Oblasti použití

Profinet umožňuje integrovat dosavadní průmyslové sběrnicové systémy, jako např. Profibus, bez nutnosti modifikace a změny existujících zařízení. Tím je zajištěna ochrana současných investic zákazníka. V komunikačním systému Profinet může zákazník použít pro všechny úrovně struktury řízení pouze jedinou komunikační sběrnici. To přispívá k úspoře nákladů na skladování, instalaci, údržbu i na vyškolení personálu.

Používání strojů či jejich částí jakožto inteligentních technologických modulů v koncepci automatizace založené na komponentech (CBA – Component Based Automation) znamená úsporu při vývoji a oživování technologických zařízení. Koncepce CBA přímo předpokládá využití komunikačního systému Profinet, a díky tomu je distribuovaná automatizace v tomto pojetí ekonomicky velmi zajímavá.

Obr. 1. Profinet – charakteristika

Vedle zmíněné úspory nákladů dává jednotná komunikační struktura na bázi Ethernetu navíc široký prostor pro technické inovace. Například parametrizaci, diagnostiku či vizualizaci lze realizovat prostřednictvím webových služeb. Díky dálkovému přístupu přes Ethernet lze nabídnout nový způsob poskytování servisu a celosvětové technické podpory a zajistit tak vyšší provozní spolehlivost technologických zařízení.

Pokračující další vývoj tohoto komunikačního systému dává uživatelům dlouhodobou perspektivu. Certifikáty vydávané organizací Profibus International garantují plnou kompatibilitu produktů. Sortiment komponent pro Profinet nabízených společností Siemens zahrnuje řídicí systémy, distribuované v/v a systémy HMI s patřičnými rozhraními a stejně tak i síťové komponenty, jako jsou průmyslové přepínače (switch), průmyslové prvky pro bezdrátové (rádiové) sítě WLAN, průmyslové bezpečnostní prvky pro ochranu podnikových sítí a velký počet pasivních síťových komponent a prvků pro rychlou a snadnou montáž kabelových rozvodů.

Obr. 2. Profinet – komunikace

Pro vývoj aplikací se používá standardní a osvědčený software z produkce Siemens s názvem Step 7. Pro distribuované automatizační systémy podle koncepce CBA je k dispozici nový softwarový nástroj Simatic iMap – na výrobci nezávislý editor pro spojování komponent (technologických modulů).

Internetové prostředí a web

Profinet je přístupný i pro webové klienty. Přístup je založen na standardních jazycích a protokolech používaných v síti Internet, jako jsou HTTP (Hypertext Transfer Protocol), XML (Extensible Markup Language), HTML (Hypertext Markup Language) nebo skriptování. Data jsou přenášena ve standardizovaném tvaru (HTML, XML) a zobrazována s použitím standardizovaných funkcí, aplikací či prohlížečů (jako např. Netscape, Microsoft Internet Explorer, Opera atp.). Tím lze pohodlně začlenit informace ze zařízení připojených do komunikačního systému Profinet do moderních multimediálních informačních systémů.

Pro jednotky systému Profinet jsou tudíž využitelné všechny výhody webové integrace z oblasti IT, jako např.:

• používání webových prohlížečů jako jednotných grafických operátorských rozhraní,
• přístup k informacím bez omezení počtu klientů a nezávislý na umístění informací,
• klienty nezávislé na platformě,
• snížení nákladů na instalaci a aktualizaci klientů.

Komunikace prostřednictvím systému Profinet

Profinet je součástí normy IEC 61158 (Provozní sběrnice pro použití v systémech průmyslového řízení) a vychází z mezinárodního standardu Ethernet (IEEE 802.3). Jedná se tedy o „přepínaný„ Fast Ethernet (100 Mb/s). Profinet je založen na standardech informační techniky, jako např. na protokolu TCP/IP, který je z principu asynchronní. Pro účely provozní automatizace ovšem Profinet poskytuje také možnost komunikace v reálném čase s typickou odezvou 5 až 10 ms; to odpovídá požadavkům většiny běžných úloh, které se v automatizaci vyskytují. Těchto parametrů, v podstatě srovnatelných s dosavadními typy průmyslových sběrnic, je dosahováno pomocí optimalizace přenosu dat a řízení priorit. Pro komunikaci v reálném čase lze rovněž používat standardní síťové komponenty.

Obr. 3. Profinet – komplexní standard pro průmyslový Ethernet v automatizaci

Další rozšíření rozsahu aplikací představuje izochronní přenos, který je určen pro specifické aplikace vyžadující rychlou odezvu a především přesné taktování – typickým příkladem je řízení pohybu (obr. 2). Izochronní přenos dat, označovaný jako IRT (isochronous real-time), je schopen dosáhnout časového cyklu sběrnice pod 1 ms s časovou nejistotou (jitter) menší než 1 µs; to je podstatná vlastnost např. pro současné řízení většího počtu pohybových os. Izochronní datový přenos je implementován pomocí čipů ASIC ERTEC (Application Specific Integrated Circuit – Enhanced Real-Time Ethernet Controller). Tyto integrované obvody jsou součástí příslušných koncových zařízení či síťových komponent.

Díky tomu, že v jednom komunikačním systému lze realizovat asynchronní, synchronní i izochronní přenosy (TCP/IP, RT a IRT), lze zajistit přenos jak časově kritických dat, tak i dat časově nekritických, což umožňuje vždy optimální přizpůsobení daným požadavkům při současném zachování homogenity a jednotného komunikačního standardu v celém podniku či výrobním provozu. To je hlavní předností této koncepce komunikačního systému. Kromě toho je Profinet skutečně komplexní komunikační systém, který splňuje veškeré požadavky pro moderní průmyslovou automatizaci (obr 3).

Další informace

Další informace o komunikačním systému Profinet je možné najít na webových adresách http://www.siemens.com/profinet nebo http://www.profibus.com, popř. o ně požádat autora článku.

Ing. Rostislav Kosek,
Siemens s. r. o.

Siemens, s. r. o.
divize Automatizace a pohony
Evropská 33a
160 00 Praha 6
tel: 233 032 411
http://www.siemens.cz/ad