PROFINET (Process Field Network) is een open industrieel Ethernet communicatieprotocol dat wordt gebruikt om real-time communicatie mogelijk te maken tussen controllers en apparaten die worden gebruikt in industriële automatisering. Het is een soortgelijk protocol als PROFIBUS, maar PROFIBUS werkt volgens het veldbusprotocol in plaats van Ethernet. Lees verder om meer te leren over PROFINET, zijn functies en wat het zo'n waardevolle oplossing maakt voor industriële automatisering.
Geschiedenis van PROFINET
De eerste versie van PROFINET, PROFINET CBA (Component Based Automation) werd in 2001 uitgebracht en later in 2014 afgeschaft. Deze eerste versie sloeg nooit aan, in tegenstelling tot zijn opvolger PROFINET IO (Input Output).
PROFINET IO werd in 2003 uitgebracht en werd de basis waarop toekomstige PROFINET-updates werden gebouwd. Een van de grootste van deze updates was in 2019, toen Time-Sensitive Networking (TSN) werd toegevoegd.
Omdat PROFINET een open protocol is, hebben fabrikanten over de hele wereld apparaten kunnen ontwikkelen die geschikt zijn voor PROFINET, zoals robots, PLC’s, IO’s en meer.
Hoe werkt PROFINET?
PROFINET-systemen bestaan uit drie soorten componenten: supervisors, controllers en apparaten.
- IO Supervisor: IO supervisors dienen om PROFINET systemen in bedrijf te stellen, apparaatparameters in te stellen en diagnostische controles uit te voeren. Ze komen overeen met Class 2 masters in PROFIBUS-systemen. Supervisors hoeven niet op het netwerk te worden aangesloten als ze niet worden gebruikt.
- IO-controller: IO-controllers vervullen een vergelijkbare rol in PROFINET-systemen als Class 1-masters in PROFIBUS-systemen. Het is meestal een programmeerbare logische controller (PLC) die verantwoordelijk is voor het beheer van het automatiseringsprogramma. Dit bestaat uit het besturen van IO-apparaten en het samenvoegen van de gegevens die van elk apparaat naar de controller worden teruggestuurd.
- IO-apparaat: IO-apparaten zijn veldapparaten die cyclisch gegevens verzenden en ontvangen met een of meer IO-controllers. Dit is het equivalent van slave-apparaten in PROFIBUS-netwerken. IO-apparaten kunnen indien nodig ook alarm- en diagnosegegevens naar IO-supervisors sturen.
Elk van de bovenstaande componenten werkt samen via een Ethernet-netwerk om betrouwbaar real-time gegevens uit te wisselen, waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende communicatiestandaarden.
Een PROFINET-netwerk vereist minimaal één IO-controller en IO-apparaat. IO-supervisors kunnen ook tijdelijk worden gebruikt voor het instellen en diagnosticeren van IO-apparaten, maar zijn niet essentieel voor het functioneren van een PROFINET-netwerk.
PROFINET communicatiestandaarden
Als we het hebben over communicatiestandaarden die in PROFINET-netwerken worden gebruikt, zijn er drie belangrijke standaarden die we moeten begrijpen: TCP/IP of UDP/IP, PROFINET Real-Time (RT) en PROFINET Isochronous Real-Time (IRT).
- TCP/IP of UDP/IP: deze protocollen worden gebruikt in toepassingen die niet tijdkritisch zijn, zoals diagnose, configuratie en parametrering. Dit komt door de extra jitter en latentie die optreedt bij communicatie op IP-basis.
- PROFINET RT: PROFINET RT is verreweg het meest gebruikte communicatieprotocol voor PROFINET-netwerken. In wezen slaat PROFINET RT de netwerk- en transportlagen over bij het overdragen van gegevens, waardoor de daarvoor benodigde tijd enorm wordt verkort. PROFINET RT kan cyclustijden tussen 250 µs en 512 ms bereiken.
- PROFINET IRT: PROFINET IRT gaat nog een stap verder met PROFINET RT door de jitter in toepassingen met veel verkeer te minimaliseren. IRT bereikt cyclustijden van 31,25 µs en slechts één µs jitter. Het wordt meestal gebruikt in materiaalverwerkende machines (keramiek, hout of glas), kunststof spuitgietmachines en verpakkingsmachines.
Voordelen van het gebruik van PROFINET
PROFINET heeft een aantal voordelen die het onderscheiden van vergelijkbare protocollen zoals PROFIBUS. Voorbeelden hiervan zijn schaalbaarheid, flexibiliteit en integratie met andere systemen.
- Schaalbaarheid: Omdat PROFINET is gebouwd op de fysieke laag van Ethernet, kan het worden ingezet in verschillende topologieën, waaronder ster, ring en boom. Peer-to-peer en IO communicatie zijn ook beschikbaar, waardoor het eenvoudig is om PROFINET netwerken te schalen naar de behoeften van je bedrijf.
- Flexibiliteit: Optionele functies die beschikbaar zijn met PROFINET – zoals redundanties, tijdstempels, IRT en diagnostische alarmen – maken het een uiterst flexibel en modulair systeem. Met PROFINET kan worden voldaan aan de specifieke behoeften van een bedrijf, terwijl er wordt gewerkt met Ethernet-protocollen die standaard zijn in de industrie.
- Integratie met andere systemen: Omdat PROFINET via industrieel Ethernet werkt, is het compatibel met standaard Ethernet en kan het indien nodig TCP/IP-functies leveren. Integratie met standaard ethernet is eenvoudig en maakt het mogelijk om wereldwijde activiteiten via PROFINET te koppelen.
Integratie van PROFINET en IIoT
Omdat PROFINET een op ethernet gebaseerd protocol is met open standaarden, is het meer dan ideaal voor integratie met het industriële internet der dingen (IIoT). Alle gegevens worden al verzameld; IIoT integratie maakt het eenvoudigweg mogelijk om trends te volgen en conclusies te trekken uit die gegevens.
De integratie van PROFINET-netwerken met IIoT kan ongeplande machinestilstand voorkomen door operators te waarschuwen voor prestatieparameters die buiten de vastgestelde benchmarks vallen. Dit geeft operators de mogelijkheid om onderhoud van tevoren te plannen en de benodigde stilstandtijd te minimaliseren, terwijl onverwachte storingen of shutdowns worden voorkomen.
Conclusie
Als het gaat om gebruiksvriendelijke oplossingen voor fabrieksautomatisering, is PROFINET de onbetwiste leider. Bliksemsnelle gegevensoverdracht, ongelooflijke betrouwbaarheid en uitgebreide functionaliteit zorgen samen voor een protocol dat nog tientallen jaren meegaat.
