Komplexná analýza architektúry protokolu PROFINET, princíp fungovania, výhody a nevýhody

PROFINET je komunikačný protokol používaný systémami priemyselnej automatizácie. Ide o protokol založený na Ethernete, ktorý umožňuje komunikáciu medzi priemyselnými riadiacimi systémami a zariadeniami, ako sú senzory, akčné členy a iné ovládače. PROFINET, vyvinutý spoločnosťou PROFIBUS International, je široko používaný protokol vo výrobe a priemyselnej automatizácii. V súčasnosti sa PROFINET stal jedným z hlavných komunikačných protokolov v oblasti priemyselnej automatizácie a je široko používaný v rôznych zariadeniach a systémoch priemyselnej automatizácie. Podľa štatistík sa k roku 2019 na celom svete používa viac ako 250 000 uzlov PROFINET IO a viac ako 5 miliónov zariadení PROFINET IO. PROFINET sa čoraz viac využíva aj v rôznych priemyselných odvetviach, ako je výroba, automobilový priemysel, potravinársky a nápojový priemysel, energetika a úprava vody atď.

Architektúra PROFINET

PROFINET využíva vrstvenú architektúru vrátane fyzickej vrstvy, vrstvy dátového spojenia, sieťovej vrstvy a aplikačnej vrstvy. Fyzická vrstva PROFINET využíva štandardné ethernetové káble a konektory na podporu viacerých prenosových rýchlostí a vzdialeností. Vrstva dátového spojenia PROFINET využíva protokol PROFINET IO, ktorý podporuje prenos dát v reálnom čase a správu siete. Sieťová vrstva PROFINET využíva protokol TCP/IP a podporuje rôzne sieťové topológie a stratégie smerovania. Aplikačná vrstva PROFINET využíva protokol PROFINET na podporu komunikácie a spolupráce medzi rôznymi zariadeniami a kontrolérmi.

Ako funguje PROFINET

Pripojenie zariadenia a automatická identifikácia: Zariadenia v sieti PROFINET sú pripojené cez fyzickú vrstvu Ethernet a podporujú funkcie automatickej identifikácie a automatickej konfigurácie. Keď sa zariadenie pripojí k sieti PROFINET, ovládač PROFINET dokáže automaticky identifikovať typ, adresu, atribúty a ďalšie informácie nového zariadenia a automaticky preň nakonfigurovať IP adresu, MAC adresu, sieťové parametre atď.

Komunikačný protokol a prenos dát: Komunikačný protokol PROFINET je založený na technológii Ethernet, využíva zásobník protokolov TCP/IP a na tomto základe sa optimalizuje a rozširuje. Komunikačný protokol PROFINET podporuje prenos rôznych typov dát, ako sú dáta v reálnom čase, dáta v reálnom čase, riadiace dáta a dáta diagnostiky porúch. V sieti PROFINET môže byť prenos dát realizovaný tromi spôsobmi: IO dátová komunikácia, TCP/IP dátová komunikácia a dátová komunikácia v reálnom čase.

Mechanizmus komunikácie v reálnom čase: PROFINET využíva mechanizmus komunikácie v reálnom čase, ktorý dokáže realizovať vysokorýchlostný, spoľahlivý a presný prenos dát v reálnom čase. PROFINET podporuje dva komunikačné mechanizmy v reálnom čase, a to PROFINET RT a PROFINET IRT. PROFINET RT je vhodný pre vysokorýchlostný prenos dát v reálnom čase s nízkou latenciou, ako sú aplikácie riadenia pohybu; PROFINET IRT je vhodný pre vysoko presné riadiace a monitorovacie aplikácie, ako je riadenie teploty, riadenie prietoku atď. Mechanizmus komunikácie v reálnom čase môže byť implementovaný periodickou komunikáciou medzi PROFINET IO zariadeniami a PROFINET I/O kontrolérmi.

Topológia siete a mechanizmus redundancie: Sieť PROFINET podporuje viacero topológií, ako je hviezda, zbernica, kruh, strom atď. Rôzne topológie môžu spĺňať rôzne aplikačné požiadavky a požiadavky na výkon siete. Zároveň PROFINET podporuje aj redundantné mechanizmy, ktoré môžu zlepšiť spoľahlivosť a stabilitu siete, ako je redundancia zariadení, redundancia cesty a redundancia portov.

Ako komunikačný protokol priemyselnej automatizácie má PROFINET nasledujúce výhody a nevýhody:

výhoda:

Efektivita: PROFINET je založený na technológii Ethernet a na tomto základe bol optimalizovaný a rozšírený, takže má vysokú účinnosť. Podporuje vysokorýchlostný, spoľahlivý a presný prenos dát v reálnom čase a sieťovú komunikáciu a dokáže splniť požiadavky na komunikáciu v reálnom čase a mimo neho v oblasti priemyselnej automatizácie.

Flexibilita: PROFINET podporuje rôzne sieťové topológie vrátane hviezdicových, zbernicových, kruhových, stromových atď., ktoré je možné flexibilne vybrať podľa rôznych aplikačných požiadaviek a požiadaviek na výkon siete. Zároveň PROFINET podporuje aj viaceré mechanizmy redundancie, ako je redundancia zariadení, redundancia cesty, redundancia portov atď., aby sa zlepšila spoľahlivosť a stabilita siete.

Škálovateľnosť: PROFINET je škálovateľný komunikačný protokol, ktorý môže podporovať mnoho rôznych zariadení a aplikácií, ako sú senzory, akčné členy, roboty, automatizačné systémy atď. -údaje v reálnom čase, v reálnom časeúdaje, riadiace údaje a údaje o diagnóze porúch.

Jednoduchá integrácia: Zariadenia v sieti PROFINET je možné rýchlo integrovať a konfigurovať pomocou funkcií automatickej identifikácie a automatickej konfigurácie, čo znižuje náročnosť inštalácie a ladenia zariadení a zlepšuje efektivitu výroby a efektivitu práce.

nedostatok:

Zložitosť: Ako pokročilý komunikačný protokol má PROFINET vyššie náklady na učenie a implementáciu ako iné jednoduché protokoly. Okrem toho si konfigurácia a údržba sietí PROFINET tiež vyžaduje vysoké zručnosti a skúsenosti a na podporu a správu sú potrební profesionálni inžinieri a technici.

Náklady: Sieť PROFINET si vyžaduje vysoké náklady na hardvér a softvér, vrátane radičov PROFINET, zariadení PROFINET IO, sieťových prepínačov atď. Súčasne je potrebné overiť a autorizovať zariadenia a aplikácie PROFINET a zaplatiť príslušné poplatky.

Bezpečnosť: Bezpečnosť komunikácie v sieti PROFINET vyžaduje špeciálnu konfiguráciu a správu, vrátane brány firewall, šifrovania údajov, autentifikácie atď. Ak nie sú zavedené bezpečnostné opatrenia, siete PROFINET môžu čeliť bezpečnostným hrozbám a útokom.

Stručne povedané, protokol PROFINET má výhody vysokého výkonu, vysokej spoľahlivosti, interoperability a vizualizácie, ale má aj nevýhody, ako je zložitosť konfigurácie a údržby, potreba špeciálneho vybavenia, bezpečnostné problémy a obmedzenia nasadenia. Pri používaní protokolu PROFINET je potrebné komplexne zvážiť jeho výhody a nevýhody a zvoliť vhodný aplikačný scenár a aktuálne potreby.

Smer vývoja PROFINETu v budúcnosti zahŕňa najmä tieto aspekty:

Prispôsobte sa potrebám Industry 4.0: S rýchlym rozvojom Industry 4.0 bude PROFINET venovať čoraz väčšiu pozornosť prepojeniu medzi zariadeniami a zdieľaniu dát a bude venovať väčšiu pozornosť interoperabilite a všestrannosti, čím bude poskytovať flexibilnejšie, efektívnejšie a inteligentné riešenie.

Posilniť bezpečnosť: S neustálym rozvojom priemyselnej automatizácie sú hrozby a útoky v oblasti bezpečnosti siete čoraz bežnejšie. PROFINET bude venovať väčšiu pozornosť bezpečnosti sieťovej komunikácie a poskytovať komplexnejšie bezpečnostné opatrenia.

Zlepšenie výkonu a výkonu v reálnom čase: PROFINET bude pokračovať v zlepšovaní výkonu a výkonu v reálnom čase, poskytuje vyššiu rýchlosť prenosu dát a nižšiu latenciu, aby spĺňal požiadavky zariadení a systémov priemyselnej automatizácie v reálnom čase a na výkon.

Posilnenie inteligencie a vizualizácie: PROFINET ďalej rozšíri funkcie inteligencie a vizualizácie, poskytne rozsiahlejšie funkcie monitorovania, diagnostiky a predikcie a zrealizuje inteligentné riadenie a údržbu zariadení a systémov.

Rozšírte rozsah použitia: PROFINET ďalej rozšíri rozsah použitia a zapojí viac priemyselných odvetví a oblastí, ako je medicína, letectvo, robotika atď.

Stručne povedané, ako pokročilý komunikačný protokol priemyselnej automatizácie bude PROFINET aj v budúcnosti hrať dôležitú úlohu a podporovať neustále inovácie a vývoj v oblasti priemyselnej automatizácie.