Anàlisi exhaustiva de l'arquitectura del protocol PROFINET, principi de funcionament, avantatges i desavantatges

PROFINET és un protocol de comunicació utilitzat pels sistemes d'automatització industrial. És un protocol basat en Ethernet que permet la comunicació entre sistemes de control industrial i dispositius com sensors, actuadors i altres controladors. Desenvolupat per PROFIBUS International, PROFINET és un protocol àmpliament utilitzat en la fabricació i l'automatització industrial. Actualment, PROFINET s'ha convertit en un dels protocols de comunicació principals en el camp de l'automatització industrial i s'ha utilitzat àmpliament en diversos equips i sistemes d'automatització industrial. Segons les estadístiques, a partir del 2019, hi ha més de 250.000 nodes PROFINET IO i més de 5 milions de dispositius PROFINET IO en ús a tot el món. PROFINET també s'utilitza cada cop més àmpliament en diverses indústries, com ara la indústria manufacturera, la indústria de l'automoció, la indústria d'aliments i begudes, la indústria del tractament d'aigua i energia, etc.

Arquitectura de PROFINET

PROFINET adopta una arquitectura en capes, inclosa la capa física, la capa d'enllaç de dades, la capa de xarxa i la capa d'aplicació. La capa física de PROFINET utilitza cables i connectors Ethernet estàndard per suportar múltiples velocitats de transmissió i distàncies. La capa d'enllaç de dades de PROFINET adopta el protocol PROFINET IO, que admet la transmissió de dades en temps real i la gestió de la xarxa. La capa de xarxa de PROFINET adopta el protocol TCP/IP i admet diverses topologies de xarxa i estratègies d'encaminament. La capa d'aplicació de PROFINET adopta el protocol PROFINET per donar suport a la comunicació i la cooperació entre diversos dispositius i controladors.

Com funciona PROFINET

Connexió de dispositius i identificació automàtica: els dispositius de la xarxa PROFINET estan connectats a través de la capa física Ethernet i admeten funcions d'identificació automàtica i configuració automàtica. Quan un dispositiu s'uneix a la xarxa PROFINET, el controlador PROFINET pot identificar automàticament el tipus, l'adreça, els atributs i altra informació del nou dispositiu i configurar automàticament l'adreça IP, l'adreça MAC, els paràmetres de xarxa, etc.

Protocol de comunicació i transmissió de dades: el protocol de comunicació PROFINET es basa en la tecnologia Ethernet, adopta la pila de protocols TCP/IP i s'optimitza i s'amplia sobre aquesta base. El protocol de comunicació PROFINET admet la transmissió de diversos tipus de dades, com ara dades no en temps real, dades en temps real, dades de control i dades de diagnòstic d'errors. A la xarxa PROFINET, la transmissió de dades es pot realitzar de tres maneres: comunicació de dades IO, comunicació de dades TCP/IP i comunicació de dades en temps real.

Mecanisme de comunicació en temps real: PROFINET adopta un mecanisme de comunicació en temps real, que pot realitzar una transmissió de dades en temps real d'alta velocitat, fiable i precisa. PROFINET admet dos mecanismes de comunicació en temps real, a saber, PROFINET RT i PROFINET IRT. PROFINET RT és adequat per a la transmissió de dades en temps real de baixa latència i alta velocitat, com ara aplicacions de control de moviment; PROFINET IRT és adequat per a aplicacions de control i monitorització d'alta precisió, com ara control de temperatura, control de flux, etc. El mecanisme de comunicació en temps real es pot implementar mitjançant una comunicació periòdica entre dispositius PROFINET IO i controladors PROFINET I/O.

Topologia de xarxa i mecanisme de redundància: la xarxa PROFINET admet múltiples topologies, com ara estrella, bus, anell, arbre, etc. Les diferents topologies poden complir diferents requisits d'aplicació i requisits de rendiment de xarxa. Al mateix temps, PROFINET també admet mecanismes de redundància, que poden millorar la fiabilitat i l'estabilitat de la xarxa, com ara la redundància del dispositiu, la redundància del camí i la redundància del port.

Com a protocol de comunicació d'automatització industrial, PROFINET té els següents avantatges i desavantatges:

avantatge:

Eficiència: PROFINET es basa en la tecnologia Ethernet, i s'ha optimitzat i ampliat sobre aquesta base, per la qual cosa té una alta eficiència. Admet la transmissió de dades en temps real d'alta velocitat, fiable i precisa i la comunicació de xarxa, i pot complir els requisits de comunicació en temps real i no real en el camp de l'automatització industrial.

Flexibilitat: PROFINET admet una varietat de topologies de xarxa, com ara estrella, bus, anell, arbre, etc., que es poden seleccionar de manera flexible segons els diferents requisits d'aplicació i els requisits de rendiment de la xarxa. Al mateix temps, PROFINET també admet múltiples mecanismes de redundància, com ara la redundància del dispositiu, la redundància del camí, la redundància del port, etc., per millorar la fiabilitat i l'estabilitat de la xarxa.

Escalabilitat: PROFINET és un protocol de comunicació escalable que pot suportar molts dispositius i aplicacions diferents, com sensors, actuadors, robots, sistemes d'automatització, etc. Al mateix temps, també pot suportar una varietat de diferents tipus de dades i protocols, inclosos els no - dades en temps real, en temps realdades, dades de control i dades de diagnòstic d'avaries.

Fàcil d'integrar: els dispositius de la xarxa PROFINET es poden integrar i configurar ràpidament mitjançant funcions d'identificació automàtica i configuració automàtica, la qual cosa redueix la dificultat d'instal·lació i depuració del dispositiu i millora l'eficiència de la producció i l'eficiència del treball.

mancança:

Complexitat: com a protocol de comunicació avançat, PROFINET té costos d'aprenentatge i implementació més elevats que altres protocols simples. A més, la configuració i el manteniment de les xarxes PROFINET també requereixen grans habilitats i experiència, i es requereixen enginyers i tècnics professionals per al suport i la gestió.

Cost: la xarxa PROFINET requereix costos elevats de maquinari i programari, inclosos controladors PROFINET, dispositius PROFINET IO, commutadors de xarxa, etc. Al mateix temps, els dispositius i aplicacions PROFINET també s'han d'autenticar i autoritzar, i s'han de pagar les tarifes corresponents.

Seguretat: la seguretat de la comunicació de xarxa PROFINET requereix una configuració i una gestió especials, que inclouen tallafoc, xifratge de dades, autenticació, etc. Si no s'apliquen mesures de seguretat, les xarxes PROFINET poden enfrontar-se a amenaces i atacs de seguretat.

En resum, el protocol PROFINET té els avantatges d'alt rendiment, alta fiabilitat, interoperabilitat i visualització, però també té desavantatges com la complexitat de configuració i manteniment, la necessitat d'equips especials, problemes de seguretat i limitacions de desplegament. Quan s'utilitza el protocol PROFINET, cal considerar exhaustivament els seus avantatges i desavantatges, i triar un escenari d'aplicació adequat i les necessitats reals.

En el futur, la direcció de desenvolupament de PROFINET inclou principalment els aspectes següents:

Adaptar-se a les necessitats de la indústria 4.0: amb el ràpid desenvolupament de la indústria 4.0, PROFINET prestarà cada cop més atenció a la interconnexió entre dispositius i a l'intercanvi de dades, i prestarà més atenció a la interoperabilitat i versatilitat, proporcionant-li més flexibilitat, eficàcia i solució intel·ligent.

Reforçar la seguretat: amb el desenvolupament continu de l'automatització industrial, les amenaces i els atacs a la seguretat de la xarxa són cada cop més freqüents. PROFINET prestarà més atenció a la seguretat de les comunicacions de xarxa i proporcionarà mesures de seguretat més completes.

Millora del rendiment i el rendiment en temps real: PROFINET continuarà millorant el rendiment i el rendiment en temps real, proporcionant majors taxes de transmissió de dades i una latència més baixa per satisfer els requisits de rendiment i temps real dels equips i sistemes d'automatització industrial.

Reforçar la intel·ligència i la visualització: PROFINET millorarà encara més les funcions d'intel·ligència i visualització, proporcionarà funcions de monitorització, diagnòstic i predicció més abundants i realitzarà una gestió i manteniment intel·ligents d'equips i sistemes.

Ampliar l'àmbit d'aplicació: PROFINET ampliarà encara més l'àmbit d'aplicació, implicant més indústries i camps, com ara la medicina, l'aeroespacial, la robòtica, etc.

En resum, com a protocol de comunicació avançat d'automatització industrial, PROFINET continuarà jugant un paper important en el futur i promou la innovació i el desenvolupament continus en el camp de l'automatització industrial.