PROFINET

PROFINET — является открытым промышленным стандартом для автоматизации Ethernet PROFIBUS & PROFINET International (PI). PROFINET использует TCP / IP и IT - стандарты, и режим реального времени Ethernet.

Концепция PROFINET имеет модульную структуру, так что пользователи могут выбрать каскадирование самих функций. Они существенно отличаются в зависимости от типа обмена данными для выполнения отчасти очень высоких требований к скорости.

В PROFINET, существует две перспективы PROFINET CBA и PROFINET IO. PROFINET CBA подходит для компонентов на основе связи через TCP / IP, а PROFINET IO используется для общения в режиме реального времени с требованиями в модульных инженерных системах. Обе коммуникационные возможности можно использовать параллельно.

PROFINET IO была разработана для связи реального времени (RT) и изохронного реального времени (IRT) с децентрализованной периферией. Обозначения RT и IRT просто описывают реальные свойства времени для общения в PROFINET IO.

PROFINET CBA и PROFINET IO могут общаться в то же время на одной и той же системной шине. Они могут работать по отдельности или в сочетании, так что подсистема ввода-вывода PROFINET выступает как система PROFINET CBA с точки зрения системы.

Технология

Для достижения этих функций, определены три протокола разного уровня:

• TCP/IP для PROFINET CBA и ввод в эксплуатацию оборудования с временем реакции в диапазоне от 100 мс.
• RT (Real-Time) протокол реального времени для приложений PROFINET CBA и PROFINET IO с временем цикла до 1 мс
• IRT (Isochronous Real-Time) для приложений PROFINET IO в приводных системах с временем циклов менее 1 мс

Протоколы PROFINET можно записывать и отображать с помощью инструмента анализа сети Ethernet, например, Wireshark. Топологию можно отображать с помощью анализирующих инструментов, наподобие TH Scope.

Компонентная модель PROFINET (PROFINET CBA)

Система PROFINET CBA состоит из различных компонентов автоматизации. Один компонент охватывает все механические, электрические и IT переменные. Компонент может быть создан с помощью стандартных средств программирования. Компонент описывается с помощью PROFINET Component Description (PCD) , файлом в формате XML. Инструмент планирования загружает эти описания и активирует логические взаимосвязи между отдельными компонентами, которые будут созданы для осуществления установки.

Эта модель была в значительной степени вдохновлена стандартом IEC 61499.

Основная идея CBA в том, что вся система автоматизации может быть разделена на автономные операционные подсистемы. Структура и функции могут оказаться в идентичном или слегка измененном виде в нескольких системах. Каждый компонент обычно управляется изменяемым количеством входных сигналов. В рамках компонента программа управления выполняет требуемые функции и передает соответствующие выходные сигналы на другой контроллер. Сопутствующий инжиниринг не зависит от производителя оборудования. Связь между системами компонентов только настраивается и не требует программирования. Связь с использованием PROFINET CBA (без реального времени) подходит для шин с циклом опроса приблизительно 50 ... 100 мс. Параллельно запущенный RT-канал обеспечивает время цикла, сопоставимое с PROFINET IO (несколько мс).

PROFINET и периферийные устройства (PROFINET IO)

PROFINET IO реализовывает интерфейсы периферийных устройств. Он определяет связь с областью соединенную с периферийными устройствами. Основа этой системы заключается в каскадной идее в реальном времени. PROFINET IO определяет весь обмен данными между контроллерами (устройства с "master функциональностью") и устройствами (устройства с "slave функциональностью"), а также параметры настройки и диагностики. PROFINET IO предназначена для быстрого обмена данными между областью Ethernet-устройств и поддержания модели поставщик - потребитель . Устройства находящиеся в области подчинения линии PROFIBUS могут быть интегрированы в системы PROFINET IO без всяких усилий, так же и в IO-Proxy (представитель подчиненной системной шины).Устройство разработчик может реализовать PROFINET IO с любыми коммерчески доступными Ethernet контроллерами. Это хорошо подходит для обмена данными с шинами цикличностью в несколько мс. Конфигурация IO-системы была сохранена практически идентичной системе "look and feel" PROFIBUS. PROFINET IO всегда содержит концепт в режиме реального времени. Система PROFINET IO состоит из следующих устройств:

- Контроллер ввода-вывода, который управляет задачами автоматизации.

- Устройства ввода-вывода, которые являются областью устройства, контролируются и управляются контроллером ввода-вывода. Устройство ввода-вывода может состоять из нескольких модулей и вспомогательных модулей.

- Руководитель ввода-вывода программного обеспечения базируется, на основе ПК для настройки параметров и диагностики отдельных устройств ввода-вывода .

Application Relation (AR) устанавливается между контроллером ввода-вывода и устройствами ввода-вывода. Эти АR используются, чтобы определить Communication Relations (CR) с различными характеристиками для передачи параметров, циклический обмен данными и обработки аварийных сигналов.

Характеристики устройства ввода-вывода описывается производителем устройства в General Station Description (GSD-файл). Язык, используемый для этой цели GSDML (GSD Markup Language) - язык, основанный на XML. Файл GSD обеспечивает руководство программного обеспечения с основами для планирования конфигурации системы PROFINET IO.

Адресация PROFINET IO

Каждый модуль в сети PROFINET имеет три адреса:

• MAC-адрес
• IP-адрес
• Имя устройства - логическое имя модуля в рамках общей конфигурации

Поскольку PROFINET использует TCP/IP, используются MAC-адреса и IP-адреса. MAC-адрес меняется при замене устройства. IP-адрес является видом динамической адресации. Для постоянной адресации используется имя устройства.

Для автоматического назначения IP-адреса, маски подсети и шлюза по умолчанию, определены два метода:

• DCP: Discovery and Configuration Protocol

• DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol

PROFINET в режиме реального времени

В PROFINET IO, данные обработки и аварийных сигналов всегда передаются в реальном времени (RT). Режим реального времени в PROFINET основан на определении IEEE и IEC, которые допускают лишь ограниченное время для выполнения RT сервисов в рамках цикла шины. RT связь представляет собой основу для обмена данными для PROFINET IO. В режиме реального времени данные обрабатываются с более высоким приоритетом, чем TCP (UDP) / IP данные. RT обеспечивает основу для общения в реальном времени в области распределенной периферии и для компонентной модели PROFINET (PROFINET CBA). Этот тип обмена данными разрешает цикличность шины в диапазоне от нескольких сотен микросекунд.

PROFINET и изохронные связи

Изохронный обмен данными с PROFINET определен концепцией изохронного реального времени (IRT). В устройствах с функциональностью IRT коммутационные порты интегрированные непосредственно в промышленное устройство. Например, это может быть на основе Ethernet-контроллеров ERTEC 400/200. Продолжительность циклов обмена данными, как правило, находится в диапазоне от нескольких сотен микросекунд до нескольких миллисекунд. Отличием коммуникации в режиме реального времени, по существу, является высокая степень детерминизма, так что начало цикла обмена по шине поддерживается с высокой точностью. Начало цикла обмена по шине может отклоняться не более чем на 1 мкс (дрожание). IRT требуется, например, для приложений управления движением (процессы управления позиционированием).

Профили

Профили - это предопределённые конфигурации функций и возможностей, доступные через PROFINET для использования в определённых устройствах или приложениях. Они разрабатываются рабочими группами PI (PROFINET International) и публикуются PI. Профили имеют важное значения для открытости, совместимости и взаимозаменяемости, чтобы конечный пользователь был уверен, что похожее оборудование от различных поставщиков работает стандартизированным образом. Таким образом пользователь позволяет развиваться конкуренции, что заставляет поставщиков повышать производительность и снижать затраты.

Существуют также профили PROFINET, например, для кодирующих устройств. Другие профили разрабатываются для управления приводами (PROFIdrive) и для функциональной безопасности (PROFIsafe). Также существуют специальные профили для железнодорожных составов.

Другим примером профиля является PROFIenergy, включающий сервисы для мониторинга потребления энергии в реальном времени. Он был предложен в 2009 году группой немецких автопроизводителей AIDA (Audi, BMW, Mercedes, Porsche и VW), которые хотели иметь стандартизированный способ активного управления потреблением энергии на своих заводах. Целевым назначением этого профиля являются устройства и подсистемы с высоким энергопотреблением, такие как роботы, лазеры и даже линии покраски, применение которого поможет снизить затраты завода на энергопотребление, интеллектуально переключая устройства в «спящий» режимы во время производственных перерывов, как предусмотренных (например, в выходные и простые отключения), так и непредвиденных (например, аварии).

Основные моменты концепции PROFINET

Разработка : Благодаря поддержке интерфейса инструмента Calling, каждый производитель периферийных устройств может зацепить (машинный перевод??) любое TCI-поддерживаемое программное обеспечение и подобрать параметры и диагностику области приборов, не выходя из программы.

Бесконтактное распознавание и замена устройства: все устройства области PROFINET определяют их соседей. Это позволяет заменить устройства без дополнительных инструментов и предварительных знаний в случае неисправности. Прочитав эту информацию, топология системы может быть наглядно представлена.

Параметры сервера: индивидуально настроенные данные могут быть загружены любым производителем (например, через TCI) и автоматически преобразованы в параметры сервера. Перезагрузка также выполняется автоматически при замене устройства.

Детерминизм: PROFINET поддерживает детерминированный трафик, например, для высокоточных задач управления. Резервирование: понятие резервирование определено в PROFINET и оно значительно повышает доступность системы.

Организация

PROFINET определяется PROFIBUS & PROFINET International (PI) и при поддержке Клуба INTERBUS и, начиная с 2003 года, является частью IEC 61158 и IEC 61784 стандартов.

Ссылки

• [www.profinet.com PROFIBUS international - Open solutions for the world of automation]

См. также

• EtherCAT - Промышленный EtherNet для приложений реального времени, с большой пропускной способностью
• PROFIBUS - семейство промышленных сетей разработанных Сименс
• AS-Interface - промышленная сеть для дискретных сигналов
• SERCOS III
• GENIbus

Отрывок, характеризующий PROFINET

Князь Андрей не мог равнодушно смотреть на знамена проходивших батальонов. Глядя на знамя, ему всё думалось: может быть, это то самое знамя, с которым мне придется итти впереди войск.
Ночной туман к утру оставил на высотах только иней, переходивший в росу, в лощинах же туман расстилался еще молочно белым морем. Ничего не было видно в той лощине налево, куда спустились наши войска и откуда долетали звуки стрельбы. Над высотами было темное, ясное небо, и направо огромный шар солнца. Впереди, далеко, на том берегу туманного моря, виднелись выступающие лесистые холмы, на которых должна была быть неприятельская армия, и виднелось что то. Вправо вступала в область тумана гвардия, звучавшая топотом и колесами и изредка блестевшая штыками; налево, за деревней, такие же массы кавалерии подходили и скрывались в море тумана. Спереди и сзади двигалась пехота. Главнокомандующий стоял на выезде деревни, пропуская мимо себя войска. Кутузов в это утро казался изнуренным и раздражительным. Шедшая мимо его пехота остановилась без приказания, очевидно, потому, что впереди что нибудь задержало ее.
– Да скажите же, наконец, чтобы строились в батальонные колонны и шли в обход деревни, – сердито сказал Кутузов подъехавшему генералу. – Как же вы не поймете, ваше превосходительство, милостивый государь, что растянуться по этому дефилею улицы деревни нельзя, когда мы идем против неприятеля.
– Я предполагал построиться за деревней, ваше высокопревосходительство, – отвечал генерал.
Кутузов желчно засмеялся.
– Хороши вы будете, развертывая фронт в виду неприятеля, очень хороши.
– Неприятель еще далеко, ваше высокопревосходительство. По диспозиции…
– Диспозиция! – желчно вскрикнул Кутузов, – а это вам кто сказал?… Извольте делать, что вам приказывают.
– Слушаю с.
– Mon cher, – сказал шопотом князю Андрею Несвицкий, – le vieux est d'une humeur de chien. [Мой милый, наш старик сильно не в духе.]
К Кутузову подскакал австрийский офицер с зеленым плюмажем на шляпе, в белом мундире, и спросил от имени императора: выступила ли в дело четвертая колонна?
Кутузов, не отвечая ему, отвернулся, и взгляд его нечаянно попал на князя Андрея, стоявшего подле него. Увидав Болконского, Кутузов смягчил злое и едкое выражение взгляда, как бы сознавая, что его адъютант не был виноват в том, что делалось. И, не отвечая австрийскому адъютанту, он обратился к Болконскому:
– Allez voir, mon cher, si la troisieme division a depasse le village. Dites lui de s'arreter et d'attendre mes ordres. [Ступайте, мой милый, посмотрите, прошла ли через деревню третья дивизия. Велите ей остановиться и ждать моего приказа.]
Только что князь Андрей отъехал, он остановил его.
– Et demandez lui, si les tirailleurs sont postes, – прибавил он. – Ce qu'ils font, ce qu'ils font! [И спросите, размещены ли стрелки. – Что они делают, что они делают!] – проговорил он про себя, все не отвечая австрийцу.
Князь Андрей поскакал исполнять поручение.
Обогнав всё шедшие впереди батальоны, он остановил 3 ю дивизию и убедился, что, действительно, впереди наших колонн не было стрелковой цепи. Полковой командир бывшего впереди полка был очень удивлен переданным ему от главнокомандующего приказанием рассыпать стрелков. Полковой командир стоял тут в полной уверенности, что впереди его есть еще войска, и что неприятель не может быть ближе 10 ти верст. Действительно, впереди ничего не было видно, кроме пустынной местности, склоняющейся вперед и застланной густым туманом. Приказав от имени главнокомандующего исполнить упущенное, князь Андрей поскакал назад. Кутузов стоял всё на том же месте и, старчески опустившись на седле своим тучным телом, тяжело зевал, закрывши глаза. Войска уже не двигались, а стояли ружья к ноге.
– Хорошо, хорошо, – сказал он князю Андрею и обратился к генералу, который с часами в руках говорил, что пора бы двигаться, так как все колонны с левого фланга уже спустились.
– Еще успеем, ваше превосходительство, – сквозь зевоту проговорил Кутузов. – Успеем! – повторил он.
В это время позади Кутузова послышались вдали звуки здоровающихся полков, и голоса эти стали быстро приближаться по всему протяжению растянувшейся линии наступавших русских колонн. Видно было, что тот, с кем здоровались, ехал скоро. Когда закричали солдаты того полка, перед которым стоял Кутузов, он отъехал несколько в сторону и сморщившись оглянулся. По дороге из Працена скакал как бы эскадрон разноцветных всадников. Два из них крупным галопом скакали рядом впереди остальных. Один был в черном мундире с белым султаном на рыжей энглизированной лошади, другой в белом мундире на вороной лошади. Это были два императора со свитой. Кутузов, с аффектацией служаки, находящегося во фронте, скомандовал «смирно» стоявшим войскам и, салютуя, подъехал к императору. Вся его фигура и манера вдруг изменились. Он принял вид подначальственного, нерассуждающего человека. Он с аффектацией почтительности, которая, очевидно, неприятно поразила императора Александра, подъехал и салютовал ему.
Неприятное впечатление, только как остатки тумана на ясном небе, пробежало по молодому и счастливому лицу императора и исчезло. Он был, после нездоровья, несколько худее в этот день, чем на ольмюцком поле, где его в первый раз за границей видел Болконский; но то же обворожительное соединение величавости и кротости было в его прекрасных, серых глазах, и на тонких губах та же возможность разнообразных выражений и преобладающее выражение благодушной, невинной молодости.
На ольмюцком смотру он был величавее, здесь он был веселее и энергичнее. Он несколько разрумянился, прогалопировав эти три версты, и, остановив лошадь, отдохновенно вздохнул и оглянулся на такие же молодые, такие же оживленные, как и его, лица своей свиты. Чарторижский и Новосильцев, и князь Болконский, и Строганов, и другие, все богато одетые, веселые, молодые люди, на прекрасных, выхоленных, свежих, только что слегка вспотевших лошадях, переговариваясь и улыбаясь, остановились позади государя. Император Франц, румяный длиннолицый молодой человек, чрезвычайно прямо сидел на красивом вороном жеребце и озабоченно и неторопливо оглядывался вокруг себя. Он подозвал одного из своих белых адъютантов и спросил что то. «Верно, в котором часу они выехали», подумал князь Андрей, наблюдая своего старого знакомого, с улыбкой, которую он не мог удержать, вспоминая свою аудиенцию. В свите императоров были отобранные молодцы ординарцы, русские и австрийские, гвардейских и армейских полков. Между ними велись берейторами в расшитых попонах красивые запасные царские лошади.
Как будто через растворенное окно вдруг пахнуло свежим полевым воздухом в душную комнату, так пахнуло на невеселый Кутузовский штаб молодостью, энергией и уверенностью в успехе от этой прискакавшей блестящей молодежи.
– Что ж вы не начинаете, Михаил Ларионович? – поспешно обратился император Александр к Кутузову, в то же время учтиво взглянув на императора Франца.
– Я поджидаю, ваше величество, – отвечал Кутузов, почтительно наклоняясь вперед.
Император пригнул ухо, слегка нахмурясь и показывая, что он не расслышал.
– Поджидаю, ваше величество, – повторил Кутузов (князь Андрей заметил, что у Кутузова неестественно дрогнула верхняя губа, в то время как он говорил это поджидаю ). – Не все колонны еще собрались, ваше величество.
Государь расслышал, но ответ этот, видимо, не понравился ему; он пожал сутуловатыми плечами, взглянул на Новосильцева, стоявшего подле, как будто взглядом этим жалуясь на Кутузова.
– Ведь мы не на Царицыном лугу, Михаил Ларионович, где не начинают парада, пока не придут все полки, – сказал государь, снова взглянув в глаза императору Францу, как бы приглашая его, если не принять участие, то прислушаться к тому, что он говорит; но император Франц, продолжая оглядываться, не слушал.
– Потому и не начинаю, государь, – сказал звучным голосом Кутузов, как бы предупреждая возможность не быть расслышанным, и в лице его еще раз что то дрогнуло. – Потому и не начинаю, государь, что мы не на параде и не на Царицыном лугу, – выговорил он ясно и отчетливо.
В свите государя на всех лицах, мгновенно переглянувшихся друг с другом, выразился ропот и упрек. «Как он ни стар, он не должен бы, никак не должен бы говорить этак», выразили эти лица.
Государь пристально и внимательно посмотрел в глаза Кутузову, ожидая, не скажет ли он еще чего. Но Кутузов, с своей стороны, почтительно нагнув голову, тоже, казалось, ожидал. Молчание продолжалось около минуты.
– Впрочем, если прикажете, ваше величество, – сказал Кутузов, поднимая голову и снова изменяя тон на прежний тон тупого, нерассуждающего, но повинующегося генерала.
Он тронул лошадь и, подозвав к себе начальника колонны Милорадовича, передал ему приказание к наступлению.
Войско опять зашевелилось, и два батальона Новгородского полка и батальон Апшеронского полка тронулись вперед мимо государя.
В то время как проходил этот Апшеронский батальон, румяный Милорадович, без шинели, в мундире и орденах и со шляпой с огромным султаном, надетой набекрень и с поля, марш марш выскакал вперед и, молодецки салютуя, осадил лошадь перед государем.
– С Богом, генерал, – сказал ему государь.
– Ma foi, sire, nous ferons ce que qui sera dans notre possibilite, sire, [Право, ваше величество, мы сделаем, что будет нам возможно сделать, ваше величество,] – отвечал он весело, тем не менее вызывая насмешливую улыбку у господ свиты государя своим дурным французским выговором.
Милорадович круто повернул свою лошадь и стал несколько позади государя. Апшеронцы, возбуждаемые присутствием государя, молодецким, бойким шагом отбивая ногу, проходили мимо императоров и их свиты.