Komplexní analýza architektury protokolu PROFINET, princip fungování, výhody a nevýhody

PROFINET je komunikační protokol používaný systémy průmyslové automatizace. Jedná se o protokol založený na Ethernetu, který umožňuje komunikaci mezi průmyslovými řídicími systémy a zařízeními, jako jsou senzory, akční členy a další řídicí jednotky. PROFINET, vyvinutý společností PROFIBUS International, je široce používaný protokol ve výrobě a průmyslové automatizaci. V současnosti se PROFINET stal jedním z hlavních komunikačních protokolů v oblasti průmyslové automatizace a je široce používán v různých zařízeních a systémech průmyslové automatizace. Podle statistik je k roku 2019 po celém světě používáno více než 250 000 uzlů PROFINET IO a více než 5 milionů zařízení PROFINET IO. PROFINET se také stále více využívá v různých průmyslových odvětvích, jako je zpracovatelský průmysl, automobilový průmysl, potravinářský a nápojový průmysl, energetika a průmysl úpravy vody atd.

Architektura PROFINET

PROFINET využívá vrstvenou architekturu, včetně fyzické vrstvy, vrstvy datového spojení, síťové vrstvy a aplikační vrstvy. Fyzická vrstva PROFINET používá standardní ethernetové kabely a konektory pro podporu více přenosových rychlostí a vzdáleností. Vrstva datového spojení PROFINET využívá protokol PROFINET IO, který podporuje přenos dat v reálném čase a správu sítě. Síťová vrstva PROFINET přijímá protokol TCP/IP a podporuje různé topologie sítě a strategie směrování. Aplikační vrstva PROFINET přijímá protokol PROFINET pro podporu komunikace a spolupráce mezi různými zařízeními a kontroléry.

Jak funguje PROFINET

Připojení zařízení a automatická identifikace: Zařízení v síti PROFINET jsou připojena prostřednictvím fyzické vrstvy Ethernet a podporují funkce automatické identifikace a automatické konfigurace. Když se zařízení připojí k síti PROFINET, může řadič PROFINET automaticky identifikovat typ, adresu, atributy a další informace nového zařízení a automaticky pro něj nakonfigurovat IP adresu, MAC adresu, síťové parametry atd.

Komunikační protokol a přenos dat: Komunikační protokol PROFINET je založen na technologii Ethernet, přijímá zásobník protokolů TCP/IP a na tomto základě optimalizuje a rozšiřuje. Komunikační protokol PROFINET podporuje přenos různých typů dat, jako jsou data v jiném než reálném čase, data v reálném čase, řídicí data a data diagnostiky poruch. V síti PROFINET lze přenos dat realizovat třemi způsoby: IO datovou komunikací, TCP/IP datovou komunikací a datovou komunikací v reálném čase.

Mechanismus komunikace v reálném čase: PROFINET využívá komunikační mechanismus v reálném čase, který dokáže realizovat vysokorychlostní, spolehlivý a přesný přenos dat v reálném čase. PROFINET podporuje dva komunikační mechanismy v reálném čase, a to PROFINET RT a PROFINET IRT. PROFINET RT je vhodný pro vysokorychlostní přenos dat v reálném čase s nízkou latencí, jako jsou aplikace řízení pohybu; PROFINET IRT je vhodný pro vysoce přesné řídicí a monitorovací aplikace, jako je řízení teploty, řízení průtoku atd. Mechanismus komunikace v reálném čase může být implementován periodickou komunikací mezi PROFINET IO zařízeními a PROFINET I/O kontroléry.

Topologie sítě a mechanismus redundance: Síť PROFINET podporuje více topologií, jako je hvězda, sběrnice, kruh, strom atd. Různé topologie mohou splňovat různé aplikační požadavky a požadavky na výkon sítě. Zároveň PROFINET také podporuje redundantní mechanismy, které mohou zlepšit spolehlivost a stabilitu sítě, jako je redundance zařízení, redundance cesty a redundance portů.

Jako komunikační protokol průmyslové automatizace má PROFINET následující výhody a nevýhody:

výhoda:

Efektivita: PROFINET je založen na technologii Ethernet a na tomto základě byl optimalizován a rozšířen, takže má vysokou účinnost. Podporuje vysokorychlostní, spolehlivý a přesný přenos dat v reálném čase a síťovou komunikaci a dokáže splnit požadavky na komunikaci v reálném čase i mimo něj v oblasti průmyslové automatizace.

Flexibilita: PROFINET podporuje různé síťové topologie, včetně hvězdicové, sběrnicové, kruhové, stromové atd., které lze flexibilně vybrat podle požadavků různých aplikací a požadavků na výkon sítě. Současně PROFINET také podporuje vícenásobné redundantní mechanismy, jako je redundance zařízení, redundance cesty, redundance portů atd., aby se zlepšila spolehlivost a stabilita sítě.

Škálovatelnost: PROFINET je škálovatelný komunikační protokol, který může podporovat mnoho různých zařízení a aplikací, jako jsou senzory, akční členy, roboty, automatizační systémy atd. Zároveň může také podporovat řadu různých typů dat a protokolů, včetně dat, která nejsou v reálném čase, v reálném časedata, řídicí data a data diagnostiky poruch.

Snadná integrace: Zařízení v síti PROFINET lze rychle integrovat a konfigurovat pomocí funkcí automatické identifikace a automatické konfigurace, což snižuje obtížnost instalace a ladění zařízení a zlepšuje efektivitu výroby a efektivitu práce.

nedostatek:

Složitost: Jako pokročilý komunikační protokol má PROFINET vyšší náklady na učení a implementaci než jiné jednoduché protokoly. Kromě toho konfigurace a údržba sítí PROFINET také vyžaduje vysoké dovednosti a zkušenosti a pro podporu a správu jsou zapotřebí profesionální inženýři a technici.

Náklady: Síť PROFINET vyžaduje vysoké náklady na hardware a software, včetně řadičů PROFINET, zařízení PROFINET IO, síťových přepínačů atd. Zařízení a aplikace PROFINET musí být zároveň autentizovány a autorizovány a je třeba zaplatit odpovídající poplatky.

Zabezpečení: Zabezpečení síťové komunikace PROFINET vyžaduje speciální konfiguraci a správu, včetně firewallu, šifrování dat, autentizace atd. Pokud nejsou zavedena bezpečnostní opatření, sítě PROFINET mohou čelit bezpečnostním hrozbám a útokům.

Stručně řečeno, protokol PROFINET má výhody vysokého výkonu, vysoké spolehlivosti, interoperability a vizualizace, ale má také nevýhody, jako je složitost konfigurace a údržby, potřeba speciálního vybavení, bezpečnostní problémy a omezení nasazení. Při použití protokolu PROFINET je nutné komplexně zvážit jeho výhody a nevýhody a zvolit vhodný scénář aplikace a skutečné potřeby.

Vývojový směr PROFINETu v budoucnu zahrnuje především následující aspekty:

Přizpůsobte se potřebám Průmyslu 4.0: S rychlým rozvojem Průmyslu 4.0 bude PROFINET věnovat stále větší pozornost propojení mezi zařízeními a sdílení dat a bude věnovat větší pozornost interoperabilitě a všestrannosti, čímž bude poskytovat flexibilnější, efektivnější a inteligentnější řešení.

Posílit zabezpečení: S neustálým rozvojem průmyslové automatizace se hrozby a útoky v oblasti zabezpečení sítí stávají stále častějšími. PROFINET bude věnovat větší pozornost bezpečnosti síťové komunikace a poskytovat komplexnější bezpečnostní opatření.

Zlepšení výkonu a výkonu v reálném čase: PROFINET bude i nadále zlepšovat výkon a výkon v reálném čase, poskytovat vyšší přenosové rychlosti dat a nižší latenci, aby splnil požadavky průmyslových automatizačních zařízení a systémů v reálném čase a na výkon.

Posílení inteligence a vizualizace: PROFINET dále rozšíří funkce inteligence a vizualizace, poskytne hojnější funkce monitorování, diagnostiky a predikce a zrealizuje inteligentní správu a údržbu zařízení a systémů.

Rozšiřte rozsah použití: PROFINET dále rozšíří rozsah použití a zapojí více průmyslových odvětví a oborů, jako je lékařství, letectví, robotika atd.

Stručně řečeno, jako pokročilý komunikační protokol průmyslové automatizace bude PROFINET i v budoucnu hrát důležitou roli a podporovat neustálé inovace a vývoj v oblasti průmyslové automatizace.