Profinet posisjoneres

Vi setter Profinet under lupen, kanskje den raskest voksende løsningen for industrielt Ethernet.

Det tennes lys for Industrielt Ethernet overalt i industrien, og Profinet har intensjon om å dekke både stykkproduksjon, prosess- og hybridindustri (Ill. Basf).
Det tennes lys for Industrielt Ethernet overalt i industrien, og Profinet har intensjon om å dekke både stykkproduksjon, prosess- og hybridindustri (Ill. Basf).

Vi setter Profinet under lupen, kanskje den raskest voksende løsningen for industrielt Ethernet.

Trådløst Profinet

Utbredelsen av trådløs kommunikasjon i industrianlegg øker. Og trådløst, industrielt Ethernet kunne med fordel vært benyttet på flere steder enn i dag. Profinet benytter seg som kjent av standard Ethernet utstyr. Det er dermed ingen ting i veien for å kjøre Profinet IO, CBA og PROFIsafe trådløst (se detaljer i hovedartikkel ). I applikasjoner med strenge krav til sanntid (RT - Real Time og IRT - Isochronous Real Time) er utfordringen først og fremst tiden det tar å etablere kommunikasjon til et nytt aksesspunkt etter som klienten beveger seg (Roaming). Her har for eksempel Siemens utviklet et nytt konsept som heter ”Rapid Roaming” som senker denne tiden til ca. 30 ms. Hvis det holder med et aksesspunkt, kan sanntidsapplikasjoner kjøres med standard utstyr.

Kapasiteten på det trådløse nettet vil synke ettersom flere klienter beveger seg inn i aksesspunktets dekningsområde. Her kan det med fordel velges aksesspunkter som kan reservere båndbredde til utvalgte klienter.

Sikkerheten må ivaretas med autentisering og kryptering. Prosessdata og resepter, som ”flyter fritt rundt i luften”, ville være veldig utsatt for industrispionasje. Det finnes i dag aksesspunkter som tilbyr rikelig med sikkerhetsfunksjoner som forhindrer tapping av data.

Maskinsikkerhet - PROFIsafe

Applikasjoner, med strenge sikkerhetskrav, har lenge måttet bruke egne dedikerte systemer for å ivareta sikkerhetsfunksjoner rundt nødstopp, lysgardiner, overfyllingsvern osv. Innen dette området har det skjedd mye. Eksempler er "Safety at Work" i AS-Interface og CIP-Safety i Ethernet/IP.

Profinets løsning for maskinsikkerhet er døpt PROFIsafe. Konseptet beskriver hvordan komponentene kan kommunisere sikkerhetsinformasjon på en måte som tilfredstiller krav opp til EN954 sin KAT4, AK6 eller SIL3. Les mer om PROFIsafe her.

Skrevet i samarbeid av Geir Kvamme, Siemens.

Sammen med Ethernet/IP og Modbus TCP danner Profinet et populært trekløver som sprer seg stadig lenger ut på feltsiden i industrianlegg.

Tradisjonell Profibus er og har vært en suksess innen industriell kommunikasjon. Kort sagt er Profinet den Ethernetbaserte standarden fra Profibus International (PI).

Flere varianter

Profinet-standarden er ment å dekke alle behov innenfor kommunikasjon over Ethernet i industrianlegg. Men analoge enheter, som prosessinstrumenter og reguleringsventiler, er p.t. ikke lansert. Uansett, skal vi tro ”veikartet” til den mest sentrale aktøren, Siemens, tar det ikke lang tid før dette er på plass. Og da følger normalt mange andre leverandører etter.

For å få optimal ytelse, for de forskjellige applikasjonene, er Profinet delt i to hovedtyper:

  • Profinet IO – kommunikasjon med distribuert I/O (som igjen er delt, se nedenfor).
  • Profinet CBA (Component Based Automation) – kommunikasjon mellom såkalte komponenter i et distribuert miljø (detaljer i eget avsnitt).
  • I tillegg finnes konsepter for sikkerhet (PROFIsafe, se egen boks) og Motion Control (PROFIdrive). Vi starter gjennomgangen med Profinet IO, som rent funksjonelt minner om tradisjonell Profibus.

Kommunikasjon mellom kontroller og I/O stiller normalt langt strengere krav til responstid enn normale kontorapplikasjoner. For å ivareta dette, har Profinet IO to konsepter: Profinet RT (Real Time) og Profinet IRT (Isochronous Real Time), i tillegg til vanlig, syklisk henting av data via TCP/IP.

Profinet RT

Ved RT (Real Time) kommunikasjon benyttes UDP (User Datagram Protocol) for sending av data. Kommunikasjonen starter ved at kontrolleren setter opp en link mot periferienhetene ved bruk av standard TCP/IP. Deretter sender enhetene syklisk data tilbake, med telegrammer som adresseres via lag 2 i ISO-modellen, og trenger dermed minimalt med håndtering.

I tillegg sendes telegrammene med prioritet 6 (skala 1-7 hvor 7 har høyest prioritet) slik at ikke telegrammene stoppes av høy belastning forårsaket av annen kommunikasjon i nettet. Profinet RT gir en typisk responstid på under 10 ms, og kommunikasjonen kan kjøres over standard switcher.

Profinet IRT

For applikasjoner med ekstremt høye krav til ytelse (for eksempel motion control, drives) har Profinet lansert Profinet IRT (Isochronous Real Time). IRT krever dedikert hardware. Siemens og NEC har utviklet brikkene ERTEC 400/200 som støtter IRT, og tilbyr utviklingspakker til leverandører av prosessutstyr som ønsker å støtte denne standarden.

Konseptet går ut på at det settes opp en link mellom prosessmodulene og IRT kontrolleren. Denne kommunikasjonen foregår med vanlig TCP/IP. Så synkroniseres klokkene til alle deltakerne, og sending av IRT data kan begynne. Posisjonen, innenfor IRT-telegrammet, vil bestemme hvor dataene skal. Dette medfører enda mindre dekoding av telegrammer, og syklustiden kan derfor senkes ytterligere. Det som er igjen av tid til neste syklus begynner, benyttes så fritt til Real Time (RT) telegrammer og standard TCP/IP.

Fylles kapasiteten i nettet opp med IRT-kommunikasjon? Det er stor takhøyde i Profinet. Et eksempel, med 70 drives og syklustid på 500 mikrosekunder, gir rundt 50 prosent kapasitet for annen kommunikasjon. Økes syklustiden til 1 ms, er hele 75 prosent av båndbredden ledig for andre protokoller. Og med 150 drives og 1 ms syklustid, er fortsatt 50 prosent tilgjengelig for engineering, diagnostikk, vedlikehold, datafangst etc.

Profinet CBA

Det er to hovedtyper av Profinet, IO for distribuert I/O, og CBA for "komponentbasert" integrasjon.
Det er to hovedtyper av Profinet, IO for distribuert I/O, og CBA for
 

CBA (Component Based Automation) er en spesifikasjon som er skreddersydd for utveksling av data mellom kontrollere. Komponentene blir beskrevet ved hjelp av Profinet vs Profibus

Ethernet med TCP/IP har lenge vært den dominerende kommunikasjonsstandarden i kontornettverk. Å benytte den samme type nettverk i forbindelse med automatiseringsanlegg gir brukeren flere besparelser:

  • Profinet benytter seg av standard protokoller som TCP/IP, UDP/IP og standard switcher. Brukeren kan dermed benytte seg av eksisterende infrastruktur.
  • Det er også gjerne bygget opp kompetanse på kontornettverket som kan brukes direkte på automatiseringssiden og dermed få frem synergier mellom de forskjellige miljøene i bedriften.
  • Industrielle IT-systemer er gjerne installert i kontornettverket, og det å kunne dele infrastruktur på nettverk gir en enklere og billigere implementering av industriell IT.
  • Overvåkning og diagnose i Profinet er bygget på SNMP (Simple Network Management Protocol) og Webbaserte grensesnitt. Dette er standarder som også brukes i kontornettverk og samme diagnosesystem kan dermed benyttes for hele bedriften.
  • Industrien har allerede investert i et stort antall eksisterende systemer basert på blant annet Profibus, AS-Interface og INTERBUS. Disse kan integreres i Profinet via såkalte ”proxier”, gatewayer som konverterer fra den ene standarden til den andre.

Men, sammenlignet med tradisjonell Profibus, har den gamle traveren fortsatt et par fordeler:

  • Vi har fortsatt ikke hørt om noen som har ”hacket” en Profibus, datasikkerhet er således et mindre problem.
  • Det finnes fortsatt et større utvalg av komponenter og utstyr som støtter Profibus. Over tid vil dette sannsynligvis endre seg, og på et tidspunkt blir trolig hyllen med Profinet-utstyr størst.

Hva som velges vil derfor være et åpent spørsmål, avhengig av kompetanse, utstyrsbehov og spesielle forhold knyttet til applikasjonen. En kan uansett komme fra den ene standarden til den andre via konvertere/gatewayer.

Produkter

Et stort antall leverandører har Profinet-produkter på menyen. Dette er majoriteten av produktene:

  • DCS-kontrollere
  • Frekvensomformere/drives
  • Kommunikasjonsutstyr, inklusiv routere, switcher, trådløst og gatewayer til andre protokoller.
  • Identifikasjonsutstyr, blant annet RFID (Radio Frequency Identification).
  • I/O-moduler/distribuert I/O.
  • PLS-kontrollere.
  • Servosystemer.
  • Vision systemer.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå