CC BY
48
KOMUNIKACIJA U INDUSTRIJI PRIMJENOM PROFINET PROTOKOLA
Adnan M. Mulaosmanovic
Global Ispat Koksna Industrija Lukavac,
Bosna i Hercegovina
e-adresa: adnan.mulaosmanovic@gmail.com
DOI: 10.5937/vojtehg63-6586
OBLAST: automatika, telekomunikacije, industrijski softver VRSTA CLANKA: strucni clanak JEZIK CLANKA: srpski
Sazetak:
U ovom radu govorit ce se o PROFINET komunikaciji koja se kori-sti u industriji za potrebe komunikacije izmedu razlicitih elemenata unu-tar sistema pracenja i regulacije proizvodnih procesa. PROFINET proto-kol se temelji na industrijskom Ethernetu i omogucava koristenje TCP/IP standarda, Cime se omogucavaju velike poslovne pogodnosti u toku zi-votnog ciklusa proizvodnog pogona. Takode, PROFINET se zasniva na svim iskustvima sa PROFIBUS-om, te ide korak dalje u svojoj fleksibil-nosti poboljsavajuci performanse. Sa PROFINET-om je omogucena in-tegracija razlicite upravljacke opreme od pogonskog nivoa pa sve do kontrolnog nivoa. Koncept PROFINET-a zadovoljava sve zahtjeve indu-strijske automatizacije i moze se koristiti za procesnu automatizaciju koja zahtjeva brzo vrijeme reakcije, tj. vremena ispod 100 ms. Za potrebe drugih aplikacija, kao sto je sinhronizirana kontrola kretanja, omoguceno je vrijeme reakcije manje od 1 ms, a za potrebe sigurnosnih aplikacija moguce je koristiti PROFIsafe koji je integrisan u PROFINET.
Kljucne reci: PROFINET, mreze, industrija, automatizacija.
Uvod
Industrijski sistemi sami po sebi su vrlo slozeni, pa je neminovna nji-hova podjela na dijelove koji se medusobno nadopunjuju i komuniciraju preko protokola o kojima ce biti vise rijeci u samom nastavku rada.
Osnovni uslov industrijske automatizacije sistema jeste rad u realnom vremenu, kao i pouzdanost, za razliku od poslovne mreze gdje je primarni uslov visoka propusnost i niski operativni troskovi. Industrijski Ethernet, kao sto se moze vidjeti iz samog naziva, bazira se na vec opstepoznatom Ethernet protokolu iz poslovnih racunarskih mreza, namijenjenom za industrijske aplikacije. PC (Personal Computer) racunari i ostala periferna
oprema (ukljucujuci printere, razlicite skenere i citace kartica) preselili su se u industrijsko podrucje, gdje koristeni sa inteligentnim svicevima (skret-nicama) i ruterima Ethernet postaje sve prihvaceniji i za to nema nikakvih prepreka. Ethernet/IP (IP - Internet Protocol) jeste industrijski, aplikativni protokol, za industrijske automatizacijske aplikacije.
Veliki automatizacijski sistemi koji sadrzavaju jedan ili vise PLC (Programmable Logic Controller) kontrolera i PC-ova komuniciraju medu-sobno, a takode i sa IT (Information Technology) sistemima unutar kon-trolnih soba razmjenjujuci velike kolicine podataka, koji se najcesce pre-nose kroz sigurnu sredinu (neeksplozivnu, bezbjednu sredinu, zasticenu od jakih elektromagnetnih smetnji). Uocavajuci da u takvim uslovima i sa takvim komunikacionim zahtjevima standardi, kao sto su TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), Eternet, Intranet i Internet imaju znacajne prednosti nad PROFIBUS-om, razvijen je i standardizo-van PROFINET, komunikacioni protokol baziran na Ethernetu koji koristi standardne mehanizme IT komunikacije u realnom vremenu. (Perunovic, Radulovic, 2010)
Na trzistiu postoji mnogo razlicitih industrijskih komunikacijskih mre-za, a neke od njih su fieldbus, industrijski Ethernet, PROFINET, PROFIBUS, MODBUS, CAN, HART i mnoge druge.
Fieldbus
Fieldbus je naziv koji opisuje moderni digitalni industrijski komuni-kacijski sistem namjenjen da zamjeni postojece strujne i naponske ana-logne signale, za ciju je implementaciju koristena velika kolicina kablo-va. Pored toga, samo projektovanje i implementacija projekata bila je dosta slozena, kao i samo odrzavanje takvih sistema. Stoga se pocelo razmisljati o drugacijem pristupu, odnosno zapocet je prelaz sa analog-nih na digitalne metode prenosa podataka, koje, pored prethodno nave-denog, omogucuju i vecu preciznost od klasicnog analognog signala. Kada je rijec o fieldbusu radi se o digitalnoj, dvosmjernoj komunikacij-skoj mrezi sa serijskom sabirnicom koja se upotrebljava za povezivanje razlicitih uredaja kao sto su kontroleri, senzori, aktuatori itd. Ono sto pruza fieldbus je smanjenje ozicenja, jednostavno lociranje kvara i odrzavanje opreme, jednostavnost implementacije i nadogradnje, te pove-canje modularnosti postrojenja. Svaki od uredaja ima instaliran racunar-ski sistem koji ga cini „pametnim" (Perunovic, Radulovic, 2010). Ovakvi uredaji mogu obavljati jednostavne zadatke, kao sto su kontrola, mo-gucnost dvosmjerne komunikacije, dijagnostika i funkcije odrzavanja. Na ovaj nacin ostvaruje se komunikacija izmedu covjeka i uredaja, kao i samih uredaja medusobno.
(H7>
PROFINET Standard
PROFINET zadovoljava sve zahtjeve koje pred njega postavlja auto-matizacijska tehnologija, bez obzira na to da li se radi o automatizaciji proizvodnih pogona, procesnoj automatizaciji ili automatizaciji masina. Kao standardna tehnologija vec se odavno koristi u auto-industriji. Takode, PROFINET je dosta rasprostranjen i u drugim industrijama kao sto su masinska industrija, industrija hrane, industrije pakovanja i logistike (http://www.profibus.com), a svakim danom sve se vise koristi i u drugim industrijama kao sto su brodogradilista i zeljeznice.
PROFINET je standardizovan IEC 61158 i IEC 61784 standardima. Koncept PROFINET-a definisan je bliskom saradnjom sa krajnjim korisni-cima, a baziran je na standardnom Ethernetu prema standardu IEEE 802. Dodaci na standardni Ethernet su definisani samo u slucajevima gdje neki od specificnih uslova nisu mogli biti ispunjeni.
PROFIBUS je otvoreni fieldbus standard za automatizaciju od strane PROFIBUS International, dok je PROFINET otvoreni standard industrij-skog Etherneta i pokriva razlicite primjene u automatizaciji. Ove dvije teh-nologije mogu se koristiti u razlicite svrhe i u razlicitim aplikacijama za povezivanje razlicitih uredaja, kao sto su PLC, SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), industrijski racunari, HMI (Human Machine Interface), transmiteri, mjeraci protoka, temperature i pritiska, frekventni pretvaraci, enkoderi, pozicionatori i sl.
IT HTTP SNMP DHCP PROFINET APLIKACIJE
STANDARDNE APLIKACIJE REAL-TIME PODACI
TCP/UDP 1 J REAL-TIME
1
ETHERNET RT/IRT
REAL-TIME SWITCH
Slika 1 - Stek PROFINET-a Figure 1 - PROFINET stack Рис. 1 - PROFINET стек
Karakteristika ovog protokola je da se omogucava koristenje UDP/IP protokola kao protokola viseg nivoa za zahtjevne razmjene podataka. Pa-ralelno sa UDP/IP (UDP - User Datagram Protocol) komunikacijom, ci-klicna razmjena podataka u PROFINET-u bazirana je na skalabilnom real time konceptu. Skalabilna real time komunikacija se odvija preko istog kabla za sve aplikacije, u opsegu od jednostavnih upravljackih zadataka do zahtjevnih aplikacija upravljanja kretanjem. Za vrlo precizne regulacije sa povratnom spregom, deterministicki i izohroni prenos vremenski kritic-nih procesnih podataka moguc je sa jiterom (devijacijom komunikaciskog ciklusa) manjim od 1 ^s.
Pored toga PrOfINET omogucava i visoku dostupnost, odnosno obezbjeduje mogucnost redundantnih rjesenja te koncepte inteligentne dijagnostike. Aciklicni dijagnosticki podaci koji se salju obezbjeduju vazne informacije koje se ticu statusa mreze i uredaja na mrezi, ukljucujuci to-pologiju mreze. Definisani koncepti redundancije prenosnih medija i si-stemske redudancije znatno povecavaju dostupnost sistema automat-skog upravljanja.
Tehnologija sigurnosnih rjesenja koja se bazira na vec dokazanoj PROFIsafe tehnologji (IEC 61508 i IEC 61784-3-3) koristenoj u PROFI-BUS-u, takode je dostupna i u PROFINET mrezi. Sama mogucnost kori-stenja istih kablova za stanadardna i sigurnosna rjesenja znatno snizava cijenu implementacije cjelokupnog projekta.
Verzije PROFINET-a
Postoje njegove dvije verzije:
- Component Based Automation (PROFINET CBA)
- Input / Output (PROFINET IO)
PROFINET IO omogucuje brz i izravan prikljucak distribuiranih I/O (Input/Output) uredaja u polju na Ethernet. Bazira se na vise od 15 godi-na iskustva sa uspjesnim PROFIBUS DP protokolom i kombinuje stan-dardne korisnicke operacije sa simultanim koristenjem inovativnih konce-pata Ethernet tehnologije. Ovo osigurava jednostavan prelazak sa dobro poznatog protokola PROFIBUS DP na PROFINET. Buduci da su svi ure-daji spojeni u jednu mreznu strukturu nudi se jedinstvena komunikacija tokom proizvodnje, a osim toga omogucuje se jednostavno konfigurira-nje, programiranje i dijagnostika. Ukljucuje real time (RT) komunikaciju i izohronu real time (IRT) komunikaciju za ciklicku obradu podataka. Omo-gucene su i razlicite mrezne topologije zvijezda, prsten, stablo i linijska topologija.
SIEMENS-ov Step7 alat je zadrzao iste preglednike bez obzira dali se konfigurisu PROFINET ili PROFIBUS uredaji. Programiranje korisnic-
(H9>
kog programa je isto za oba protokola, posto se koriste prosireni blokovi i statusne sistemske liste za PROFINET IO (SIEMENS, 2012.).
PROFINET CBA (Component Based Automation) je protokol koji ko-risti objektno orijentisanu paradigmu. Pretpostavka od koje se polazi je da se sistem moze podijeliti na podrucja (tehnoloske module / proizvodne linije). PROFINET CBA koncept fokusira se na sledece:
- implementaciju modularnih aplikacija
- komunikacija masina-masina (machine-machine)
On omogucava jednostavni modularni dizajn pogona i proizvodnih li-nija baziran na distribuiranoj inteligenciji koristeci graficki bazirane konfi-guratore komunikacija izmedu inteligentnih modula. Sa ovakvim koncep-tom moguca je implementacija kompletnih tehnoloskih modula kao stan-dardnih komponenti koje se mogu koristiti unutar vecih sistema.
PROFINET CBA komunicira preko TCP/IP i real time komunikacije. Na primjer komponente koje sadrzavaju SIEMENS SIMATIC uredaje kre-irani su sa STEP7 alatom, i povezane su koristeci SIMATIC iMAP alat. Komunikacijske veze izmedu uredaja konfigurisu se jednostavno grafic-kim interkonekcijskim linijama.
Klase uskladenosti
Postoje tri klase uskladenosti (Conformance classes CC) koje se medusobno nadograduju i koje su orijentisane prema tipicnim aplikacija-ma (PROFIBUS Nutzerorganisation, 2011).
Slika 2 - Klase uskladenosti CC Figure 2- Conformance classes CC Рис. 2 - Классы соответствия СС
CC-A obezbjeduje osnovne funkcije PROFINET IO sa RT komunika-cijom.
Ova klasa sadrzava sledece funkcije:
- ciklicku razmjenu I/O podataka sa real time karakteristikama od 1 ms do 512 ms
- aciklicku razmjenu podataka za citanje i pisanje podataka koji se salju i primaju na zahtjev, kao sto su parametri i dijagnostika
- paralelna TCP/IP komunikacija
- fleksibilni alarmni model za signalizaciju gresaka opreme i mreze u tri alarmna nivoa - zahtjev za odrzavanje, hitno odrzavanje i dijagnostika.
PROFINET je bazirna na 1GG Mbps, full-duplex Ethernet mrezi. Brza komunikacija je takode moguca na svim prenosnim sekcijama (izmedu svi-ceva, PC sistema ili sistema video nadzora). Kabliranje se prema uputstvu iz standarda IEC 61784-5-3 izvodi dvoparicnim kablovima, a ukoliko je po-treban Gigabitni prenos mogu se koristiti cetveroparicni kablovi. Dodatno, CC-A mreza dozvoljava izgradnju mreze sa aktivnim i pasivnim kompo-nentama prema standardu ISO/IEC 247G2 dok se u obzir uzimaju cC-A uputstva za kabliranje. Ovo je zbog toga sto se PROFINET kabliranje bazira na standardu ISO/IEC 118G1, a gledano sa tehnicke tacke gledista iz-vedba IEC 247G2 kabliranja je ista kao i ISO/IEC 118G1, sto znaci da se sa tehnicke tacke gledista moze koristiti IEC 247G2. Ovo obezbjeduje otvore-nost i vertikalnu integraciju, barem sto se tice komunikacije.
Aktivne mrezne komponente prema standardu IEEE 8G1.x mogu se koristiti u klasi CC-A, pod uslovom da podrzavaju VLAN (Virtual Local Area Network) oznaku prioriteta. Vazno je napomenuti da se za klasu CC-A preporucuje koristenje standarda kabliranja IEC 61784-5-3, ali nije obavezno. Za razliku od nje, mreze koje se koriste u aplikacijama klase CC-B i CC-C moraju biti uradene prema zahtjevima standarda IEC 61784-5-3 (PROFIBUS Nutzerorganisation, 2GG8). Klasa CC-A je pogod-na za sve sisteme i podsisteme kod kojih mrezna topologija i funkcije koje se oslanjaju na nju nisu neophodne.
CC-B prosiruje prethodnu klasu i ukljucuje funkcije za dodatnu mre-znu dijagnostiku i detekciju topologije. PROFINET u ovu svrhu koristi SNMP (Simple Network Management Protocol). Dijelovi MIB2 (Management Information Base 2) i LLDP-EXT MIB (Lower Link Discovery Proto-col-MIB) protokola integrisani su u same uredaje. Paralelno sa SNMP pro-tokolom, dijagnostika i informacije o topologiji mogu se takode prikupiti pu-tem PDEV (Physical Device Object) koristeci aciklicne PROFINET servise.
Za uredaje u procesnoj industriji CC-B je prosirena na funkcije re-dundantnosti sistema CC-B (PA).
CC-C opisuje osnovne funkcije uredaja sa hardverski podrzanom re-zervacijom bendvita i sinhronizacijom (IRT komunikacija) i stoga je osnovna za izohrone aplikacije. CC-C ukljucuje sve neophodne sinhroni-zacijske funkcije za aplikacije sa najstrozim uslovima za deterministickim
о CD
7
CD
p. p
JO
ID
o t
ro pr
t e
or pr
m o n je
jimr pr
s u d
ja ci
u m o K
<
■O vi
o
n
a
m
s
o
a
ponasanjem. Mreze bazirane na CC-C klasi omogucavaju jiter manji od 1 ^s. Ciklicki paketi se prenose kao sinhronizovani paketi na rezervisanom bendvitu. Svi ostali paketi kao sto su dijagnosticki paketi ili TCP/IP dijele ostatak Ethernet bendvita.
U klasi uskladenosti C zadana minimalna brzina osvjezenja definisa-na je sa 250 ^s. Radi postizanja boljih performansi moze se smanjivati sve do 31,25 ^s, u zavisnosti od opreme koja se koristi. Da bi se obez-bjedila dobra propusnost vece kolicine podataka kada je vrijeme osvjezenja manje od 250 ^s, koristi se metod optimizacije okvira podatka DFP (Dynamic Fame Packing). Na ovaj nacin cvorovi koji imaju zajednicko ozicenje u linijskoj topologiji adresirani su sa jednim podatkovnim okvi-rom. Takode, za cikluse manje od 250 ^s TPC/IP komunikacija se dijeli i salje u manjim paketima (PROFIBUS Nutzerorganisation, 2011 ).
CC-C klasa obezbjeduje da se ulazni i izlazni podaci prenose najbr-ze moguce unutar ciklusa. Kasnjenja uzrokovana ostatkom komunikacije ili privremenim storniranjem podataka u uredajima su iskljuceni. Na ova-kav nacin mjerene vrijednosti ili regulacione petlje mogu da ovise o ovim funkcijama i budu snimljene sa mnogo vecom preciznoscu.
Kabliranje
Specificnost radnih uslova u kojima rade uredaji u industrijskoj proiz-vodnji zahtjevaju komponente koje su dosta otpornije od uredaja koji rade u kancelarijskim uslovima. Posto isti radni uslovi nisu jednaki u svim dijelovima industrijskog sektora postoji podjela na dva posebna tipa rad-ne okoline:
- „unutarnja" - odnosi se na okolinu koja se moze ocekivati u upra-vljackim centrima, ili upravljackim ormarima
- „vanjska" - odnosi se na uslove rada u pogonu, gdje postoji mo-gucnost pojave visokih temperatura, prasine, vlage, vibracija i slicno.
Vazno je istaci da se ova podjela ne odnosi na podjelu unutar same masine. Razlika je jedino u samom kucistu elektronicke opreme.
Jedan od ciljeva PROFINET filozofije je da se unificiraju konektori radi sto jednostavnije instalacije. Svi konektori koji ne podlijezu specifika-ciji PROFINET-a ne smiju se koristiti za PROFINET aplikacije.
Za PROFINET za „unutarnju" okolinu trebaju se koristiti RJ45 konektori koji su uradeni po standardu IEC 60603-7. Konektori RJ45 sa integri-sanom LED signalizacijom kao i drugi RJ45 kompatibilni konektori su do-zvoljeni za koristenje. Za uredaje koji pripadaju grupi „vanjskih" uredaja za povezivanje potrebno je koristiti neki od sledecih tipova konektora:
- RJ 45
- M12
Napajanje uredaja od 24 VDC moze se obezbjediti i putem hibridnih konektora koji su izvedeni prema standardu IEC 61076-3-10 ili putem po-sebnih konektora (PROFIBUS Nutzerorganisation, 2004).
RJ 45 push-pull u verziji IP 65
RJ 45 u verziji IP 20
M12 konektor
Slika 3 - PROFINET konektori Figure 3 - PROFINET connectors Puc. 3 - PROFINET pa3beMbi
PROFINET kabliranje zasniva se na linku End-to-End, koje je speci-ficirano u standardu IEC 61784-5-3. PROFINET definira jedan na prema jedan straight konekciju. Cross over kablovi se ne smiju koristiti. Kablovi i konektori moraju da ispunjavaju sve uslove koji su propisani PROFINET-om. Metode testiranja mehanickog naprezanja kablova specificirani su standardom IEC 61935-2, i svi zahtjevi koji su navedeni u ovom standardu moraju biti ispunjeni nakon prvog testiranja.
Za spajanje mreznih cvorova mogu se koristiti bakarni i opticki kablovi. U poredenju sa bakarnim kablovima, opticki kablovi imaju svoje specificne parametre kao sto su slabljenje i valna duzina koji uticu na do-zvoljenu duzinu opticke veze.
Bakarni PROFINET kablovi su cetverozilni oklopljeni kablovi i mogu da variraju po strukturi zica i/ili materijalu plasta (oklopa) i konstrukciji. Zi-ce su obojene i to tako da prva parica ima zutu i narandzastu boju, dok druga bijelu i plavu. Maksimalna udaljenost izmedu krajnjih tacaka ogra-nicena je na 100 m kao i kod standardnog Etherneta. Bakarni kablovi se dijele na tri tipa prema primjeni:
- Tip A - kablovi dizajnirani za fiksne instalacije,
- Tip B - kablovi dizajnirani za fleksibilne instalacije. Ovo znaci da su dozvoljena povremena pomjeranja ili vibracije.
(T53>
Tip C - kablovi su namjenjeni specijalnim aplikacijama kao sto su stalna pomjeranja kablova nakon njihove instalacije sto ukljucuje pomic-ne lance. U ovom tipu moguca je daljnja podjela na PE kablove, podzem-ne kablove, vatrootporne nekorozivne kablove (FRNC kablovi), kablove koji se koriste u brodogradnji, putujuce (trailing) kablove.
Specijalne izvedbe bakarnih kablova kao sto je njihova fleksibilnost ili koristenje vatrootpornih materijala mogu uticati na maksimalnu duzinu kabla, te je smanjiti ispod 100 m (PROFIBUS Nutzerorganisation, 2010).
Izolacija provodnika
ЮЛ.
n
Upleteni oklop
PROFINET cable
Bakreni provodnik
Tanki oklop
Vanjska izolacija
Unutarnja izolacija
Slika 4 - PROFINET bakarni kablovi Figure 4- PROFINET copper cables Рис. 4- PROFINET медный кабель
Kod povezivanja sa bakarnim kablovima mora se posebna paznja obratiti na izjednacavanje potencijala i na uzemljenje oklopa kabla. Oklop kabla mora se pravilno uzemljiti na oba kraja svakog kabla, sto znaci na svakom mreznom cvoru. Ovo uzemljnje se postize na samim konektorima putem kojih se obezbjeduje veza oklopa kabla sa uzemljenjem samog ure-daja. Odavde slijedi da se svaki od uredaja mora pravilno uzemljiti.
U slucaju gdje je potrebno povezati udaljene mrezne cvorove i/ili gdje su prisutna velika elektromagnetna zracenja i/ili nije moguce obez-bjediti izjednacavanje potencijala uzemljenja, preporucuje se upotreba optickih kablova. Za realizaciju optickog PROFINET-a moguce je koristiti cetiri tipa optickih kablova u zavisnosti od potrebe:
- plasticni opticki kablovi POF (Plastic Optical Fiber)
- stakleni opticki kablovi multimod (multi-mode)
- stakleni opticki kablovi multimod (single-mode)
- stakleni opticki kablovi sa plasticnim omotacem (HFC- hard-clad-ded silica fiber i PCF - plastic-cladded fiber)
Kod koristenja optickih kablova posebna paznja se mora obratiti na specificno slabljenje signala koje se iskazuje u dB/km. Maksimalno do-zvoljeno slabljenje na jednom linku definisano je standardima IEC 617845-3 i IEC 61300-3-4.
Tabela 1 - Poredenje optickih kablova Table 1 - Comparison of optical cables Таблица 1 - Сравнение оптоволоконных кабелей
Tip Maks. specificno slabljenje Valna duzina Maks. PROFINET slabljenje end-to-end Duzina linka
POF < 230 dB/km 650 nm (LED) 12,5 dB do 50 m
Multi-mode < 1,5 dB/km 1300 nm 62,5/125 pm: 11,3 dB 50/125 pm: 6,3 dB do 2000 m
Single mode < 0,5 dB/km 1310 nm 10,3 dB Do 14000 m
HCF/PCF < 10 dB/km 650 nm 4,75 dB do 100 m
Kreiranje dodatnih spojeva na optickom linku dovodi do dodatnih slabljenja signala. Stoga se posebna paznja mora obratiti na alate koji se koriste kod kreiranja ovakvih spojeva.
Takode, bitno je znati da se i bakarni i opticki kablovi mogu medu-sobno nastavljati putem konektora. Da bi se obezbjedila kvalitetna veza postoje preporuke po broju ukupnih konektora na jednom linku za oba tipa kablova. Ukoliko se vrsi ispravno spajanje moguce je koristiti do 6 konektora na jednom linku kreiranom putem bakarnih kablova, a da se ne pojave znacajna slabljenja signala, tj. da se moze ici do duzine linka od 100 m. Kod optickih kablova takode se moze koristiti do 6 konektora bez uticaja na duzinu linka za Multi-mode, Single mode te HCF tipove, dok za POF tip vrijedi da sa povecanjem broja konektora dolazi do pojave vecih slabljenja, te se duzina linka smanjuje do 37 m u slucaju koristenja 6 konektora (tri para).
Parametri mreznih cvorova
Prije nogo PROFINET IO uredaji pocnu komunicirati sa PROFINET IO kontrolerom, imena uredaja moraju biti dodjeljena svim komunikacio-nim partnerima.
Svi uredaji koji su tek kupljeni nemaju dodijeljeno nikakvo ime, ali imaju MAC (Media Access Control Address) adresu koja je jedinstvena i koja se nalazi u samom PROFINET uredaju i obicno se ne moze mijenja-ti. PROFINET kontroler moze pristupiti uredaju samo kada mu se dodijeli ime, koje ce se nalaziti u uredaju. Pored imena, uredaju se dodjeljuje i IP (IPv4) adresa, koja je obicno fiksna, i potrebna je da bi se jasno identifi-
C¿55>
<N d
X
o >
LO
o <N
yy
0£ ZD
o
o <
o
X
o
LU
I— >-
Q1 <
I—
< -J
CD >Q
X LU I—
o
o >
kovao svaki cvor. U skladu sa brojem cvorova trebalo bi birati opseg do-zvoljenih adresa, a bitno je, takode, da adrese cvorova ne budu u koliziji, odnosno ne smije se dozvoliti da dva cvora imaju identicnu IP adresu. U vecini slucajeva dovoljna je privatna klasa adresa C opsega. Samo u specificnim slucajevima, gdje je potrebno adresirati vise od 254 cvora, treba koristiti klase A ili B.
Radi povezivanja simbolickog imena koje je dato svakom uredaju i IP i MAC adresa sluzi DCP protocol (Dynamic Configuration Protocol) ko-ji je integrisan u svaki od IO uredaja.
Posto je DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) jako rasiren, PROFINET je obezbjedio i opcionu mogucnost adresiranja putem DHCP-a. Opcije adresiranja koje su podrzane od konkretnog uredaja definisane su u GSD (General Station Data File) datoteci koja dolazi uz svaki uredaj.
Mrezne komponente
Kao distributeri signala u PROFINET mrezi mogu se koristiti samo uredaji koji imaju funkciju usmjeravanja (switch functionality). Svicevi (skretnice) jesu uredaji drugog nivoa (layer 2) koji podlijezu standardu ISO/IEC 15802-3:1988 i koji imaju zadatak da prime pakete podataka na svojim portovima, te da ih selektivno proslijeduju. To znaci da ce svic proslijediti paket samo na portove preko kojih ce paket doci na ciljano od-rediste. Svicevi mogu da primaju i proslijeduju podatke simultano na sve portove (PROFIBUS Nutzerorganisation, 2004). Na ovakav nacin izbje-gavaju se problemi sa kolizijom na mrezi. Svaki od PROFINET portova na svicu predstavlja posebnu kolizionu domenu. PROFINET svicevi mo-raju da ispunjavaju barem sledece funkcionalnosti:
- podrzavaju Ethernet prema standardu ISO/IEC 8802-3 (10/100 Mbit/s),
- podrzavaju prekidacke funkcije prema ISO/IEC 15802-3 i IEEE 802.1Q,
- podrzavaju standardizovanu dijagnostiku,
- rad u half duplex i full duplex modu,
- podrzavaju Auto Cross-Over funkciju.
Kao sto je vec spomenuto u drugoj tacki, PROFINET svicevi treba da podrzavaju prioretizaciju okvira podataka (data frames) prema standardu IEEE 802.1Q. Okviri podataka sadrzavaju dodatnu informaciju koja se nalazi u zaglavlju okvira, koja se krece u rasponu od 0 do 7, gdje je prioritet 0 najnizeg nivoa, a prioritet 7 najveceg nivoa. PROFINET svicevi treba da imaju barem dva reda (queue) za prioritete prema standardu IEEE802.D i Q. Radi postizanja boljih real time karakteristika preporucuje se implementacija do cetiri reda prioriteta (PROFIBUS Nutzerorganisation, 2004). Za plug and play PROFINET mreze korisno je da su informa-cije o mreznoj topologiji dostupne u svakom trenutku. U tu svrhu koristi
se LLDP, opisan u standardu IEEE 802.1ab, putem kojeg svaki svic otkri-va susjede na svakom od svojih portova. Jos jedna od karakteristika ovih sviceva je i napajanje koje iznosi 24 V, jer se u vecini industrijskih aplika-cija cesto koristi ovaj naponski nivo. Naponski nivo koji se koristi mora bi-ti u opsegu od 18 V do 32 V.
Zakljucak
Kao sto se vidi, PROFINET predstavlja niz poboljsanja u industrij-skim komunikacijama. Na nivou vecih proizvodnih sistema, gdje imamo veci broj PLC-ova i PC racunara koji komuniciraju medusobno, kao i sa ostatkom IT sistema gdje se razmjenjuju vece kolicine podataka, PROFINET se pokazuje kao znatno bolje rjesenje od PROFIBUS-a. PROFINET je baziran na industrijskom Ethernetu. Glavna prednost PROFINET-a u odnosu na PROFIBUS je velika brzina prenosa podataka koja se krece do 100 Mbps.
Postoje dvije verzije PROFINET-a: PROFINET CBA i PROFINET IO. PROFINET IO sluzi za integraciju distribuiranih IO jedinica, dok PROFINET CBA koristi objektno orijentisanu paradigmu promatranja tehnolo-sko proizvodnih cjelina.
PROFINET koristi tri komunikaciona kanala koji imaju razlicite pre-formanse, a to su: NRT (Non Real Time), RT (Real Time), IRT (Isochronous Real Time).
Kao i sve komunikacione mreze, i ove PROFINET komunikacione mreze imaju aktivne i pasivne komponente. Posto se radi o specificnim uslovima rada, posebnu paznju potrebno je obratiti na kabliranje, tj. po-vezivanje mreznih komponenti, te donijeti odluku o tome da li poveziva-nja odraditi optickim ili bakarnim kablovima.
Literatura
Perunovic, M., & Radulovic, M. 2010. Savremeni trendovi u industrijskim komunikacijama. . U: Informacione tehnologije - sadasnjost i buducnost, 2010, Zabljak, str.21-24
PROFIBUS Nutzerorganisation. 2004. Installation Guideline PROFINET Part 2: Network Components.Karlsruhe Germany: PROFIBUS Nutzerorganisation.
PROFIBUS Nutzerorganisation. 2008. PROFINET Conformance Class A Cabling.Karlsruhe Germany: PROFIBUS Nutzerorganisation.
PROFIBUS Nutzerorganisation. 2010. PROFINET Design Guideline.Karlsruhe Germany: PROFIBUS Nutzerorganisation.
PROFIBUS Nutzerorganisation. 2011. PROFINET IO Conformance Classes.Karlsruhe Germany: PROFIBUS Nutzerorganisation.
SIEMENS. 2012. PROFINET System Description.Nürnberg Germany: Siemens AG.
Preuzeto sa http://www.profibus.com/
d57>
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СВЯЗИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПОСРЕДСТВОМ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛА PROFINET
ОБЛАСТЬ: автоматика, телекоммуникации, промышленное программное обеспечение
ВИД СТАТЬИ: профессиональнная статья ЯЗЫК СТАТЬИ: сербский
Резюме:
В даной статье обсуждается применение в промышленности PROFINET протокола, для обеспечения связи между различными элементами системы мониторинга и управления производственными процессами. Протокол PROFINET является одним из открытых стандартов Industrial Ethernet, поддерживаемый ассоциацией PROFIBUS & PROFINET International (PI). Он построен на базе TCP / IP и распространенных ИТ-стандартах, при этом дополняет их специальными протоколами и механизмами для обеспечения лучшей производительности в реальном времени. PROFINET обеспечивает интеграцию существующих систем, таких как Fieldbus, Profibus, DeviceNet и Interbus, без замены существующих приспособлений. Это делает его идеальным для различных промышленных применений, в том числе и для автоматизации технологических процессов.
Ключевые слова: PROFINET, сети, промышленность, автоматизация.
COMMUNICATION IN INDUSTRY BY USING THE PROFINET PROTOCOL
FIELD: automation, telecommunications, industrial software ARTICLE TYPE: Professional Paper ARTICLE LANGUAGE: Serbian
Summary:
This paper is about the PROFINET communication used in industry for the purposes of communication between different elements within systems of monitoring and control of production processes. The PROFINET protocol is based on industrial Ethernet and allows the use of TCP / IP standards, which allows big business benefits during the life cycle of a manufacturing plant. Also, PROFINET is based on all the experiences with PROFIBUS, and goes a step further in its flexibility, improving performances. PROFINET enables the integration of various control equipment from the factory level to the control level. The concept of PROFINET satisfies all the requirements of industrial automation, and
can be used for process automation that requires quick response time, i.e. the time below 100ms. For the purposes of other applications such as synchronized motion control,it enables a response time of less than 1 ms, and for safety applications it is possible to use PROFIsafe which is integrated into PROFINET.
Introduction
Industrial systems themselves are very complex so it is inevitable to divide them into parts that complement each other and communicate via protocols which will be discussed in this paper. The basic requirement of an industrial automation system is work in real time as well as reliability, unlike a business network where the primary conditions are high throughput and low operating costs.
Fieldbus
Fieldbus is a name that describes a modern industrial digital communication system designed to replace the existing current and voltage analog signals. The design and implementation of projects with a lot of cabling is quite complex as well as their maintenance. A different approach is therefore needed so the transition from analogue to digital methods of data transfer has started, since digital methods also provide greater accuracy than traditional analog signals.
PROFINET standard
PROFINET satisfies all the requirements placed before it in automation technology, no matter whether it is manufacturing plant automation, process automation or machinery automation. It has already been used in the auto industry as a standard technology for a long time. Also, PROFINET is in use in other industries such as machine industry, food industry, packaging and logistics, and every day more and more is in use in other industries such as shipbuilding and railways.
PROFINET versions
In PROFINET, there are two function classes independent from each other, PROFINET IO and PROFINET CBA. The distributed field devices are connected through the PROFINET IO. Also, it uses three diferent communication channels to exchange data with the control systems and other devices. For Non real time (NRT) purposes, the standard TCP/IP chanel is used for parameterization, configuration and acyclic read/write operations. The real time (RT) chanel is used for standard cyclic data transfer and alarms. Isochronous real time (IRT) is a high speed chanel used for motion control applications.
The PROFINET CBA concept is designed for the distributed industrial automation applications, and it is suitable for component-based machine-to-machine communication via TCP/IP and for real time communication required for modular plant design.
d59>
Conformance classes
The range of functions of PROFINET IO is divided into well-organized conformance classes (CC). These conformance classes provide a practical summary of various minimum properties. There are three conformance classes that build upon one another and are oriented to typical applications.These classes are CC-A, CC-B and CC-C.
Cabling
Specificic working conditions in which devices operate in industrial production require components that are a lot more resilient than devices operating in office conditions. PROFINET cabling is based on the link End-to-End, which is specified in IEC 61784-5-3. PROFINET defines a one-to-one straight connection. Copper cables and optical fibers are available for connection of network nodes. All cables must meet the requirements of a planned automation project.
Network nodes parameters
For proper work of network nodes, appropriate parameters for individual network nodes have to be assigned. These parameters include a device name and an IP address. New equipment does not have a device name, only a MAC address, which is globally unique and cannot usually be modified.
Network components
Only units with switch functionality are allowed as signal distributors for PROFINET. A switch is a layer 2 device which complieswith ISO/IEC 15802-3:1988 standard, and it receives data packets at its ports and forwards them selectively. It can also send and receive different data simultaneously at all ports.
Conclusion
As it can be seen, PROFINET represents a number of improvements in industrial communications. At the level of major production systems with a growing number of PLCs and PC computers that communicate with each other and with the rest of the IT system by exchanging large amounts of data, PROFINET shows to be a much better solution than PROFIBUS. PROFINET is based on industrial Ethernet.
Key words: PROFINET, networks, industry, automation.
Datum prijema clanka / Paper received on / Дата получения работы: 15. 08. 2014. Datum dostavljanja ispravki rukopisa / Manuscript corrections submitted on / Дата получения исправленной версии работы: 27. 09. 2014.
Datum konacnog prihvatanja clanka za objavljivanje / Paper accepted for publishing on / Дата окончательного согласования работы: 29. 09. 2014.
