Qu'est-ce que ProfiNet : architecture, fonctionnement, types et ses applications

La technologie Profinet a été développée et publiée par PROFIBUS & PROFINET International au début des années 2000. PROFINET est une solution Ethernet industrielle innovante et à standard ouvert utilisée pour échanger les données entre les contrôleurs et les appareils dans l'automatisation industrielle . Le concept PROFINET répond simplement à toutes les exigences de la technologie d'automatisation industrielle en utilisant des normes informatiques telles que TCP/IP et XML pour communiquer, configurer et diagnostiquer les appareils/machines de terrain. C'est donc la solution Industrial Ethernet la mieux adaptée. Ainsi, cet article donne de brèves informations sur Profibus - travailler avec des applications.

Qu'est-ce que Profinet ?

PROFINET (process field Net) est une norme de communication industrielle basée sur des normes internationales qui sont conçues pour l'échange de données entre les appareils et les contrôleurs dans un système de contrôle industriel. Ici, les contrôleurs sont des API, des PAC ou des DCS, tandis que les appareils sont des systèmes de vision, des blocs d'E/S, des lecteurs RFID, des instruments de processus, des lecteurs, des proxys, etc. Comme il s'agit d'une norme ouverte, de nombreux fabricants ont conçu des produits PROFINET tels que les PAC, Automates, robots, variateurs, E/S, proxies et outils de diagnostic.

En utilisant cette norme de communication industrielle, nous pouvons connecter IHM, API , E/S distribuées, un capteur , différent émetteurs , VFD et actionneurs sur un seul réseau. Profinet offre un temps de réponse plus rapide, ce qui améliore encore la collecte de données.

Industrial Profinet est disponible avec un blindage qui offre des performances supérieures dans un environnement électriquement bruyant. Pour identifier les appareils Profinet, il doit être défini par le nom de l'appareil avec l'adresse IP. Chaque appareil d'un réseau doit être attribué par adresse IP pour communiquer. Profinet est utilisé comme une E/S distante similaire à Profibus-DP pour fournir une vitesse de communication très rapide.

Dans le plus grand réseau, un commutateur réseau est utilisé pour connecter Profinet pour une distribution simple. L'appareil de Profinet est identifié par des adresses IP valides. Par exemple, si le périphérique Profinet a une adresse IP 191.127.0.20 où les trois premiers chiffres incluent des informations sur le réseau et le dernier chiffre est un numéro de périphérique.

Architecture ProfiNet

PROFINET est un protocole de communication principalement conçu pour l'échange de données entre contrôleurs et appareils dans un environnement d'automatisation. Il s'agit donc de la solution Ethernet industrielle la plus largement utilisée. Comme PROFINET est une norme ouverte, un certain nombre de fabricants ont développé différents produits de PROFINET comme les automates, les robots, les PAC, les proxys, les IO, les outils de diagnostic, les entraînements, etc.
PROFINET définit simplement la communication cyclique et acyclique entre différents composants tels que les diagnostics, les alarmes, la sécurité fonctionnelle et des informations supplémentaires. Ainsi, PROFINET utilise Ethernet standard comme support de communication pour connecter ces composants.

Les composants PROFINET d'un réseau sont connectés par des câbles Ethernet et permettent à d'autres protocoles Ethernet de coexister dans une infrastructure similaire. En plus de PROFINET, vous pouvez utiliser d'autres protocoles basés sur Ethernet pour équilibrer le réseau comme SNMP, OPC UA, HTTP ou MQTT.
L'architecture ProfiNet basée sur ISO/ Modèle OSI est illustré ci-dessous. Le PROFINET vit à 7 couches du mode ISO/OSI qui est la couche application. Généralement, ce modèle ISO/OSI à sept couches définit simplement les couches d'abstraction du système de communication.

Travail ProfiNet

L'automatisation industrielle a souvent besoin d'une communication à haut débit et déterministe, ce qui signifie que les messages doivent être livrés précisément au moment où ils sont attendus. Ainsi, PROFINET doit s'assurer que les messages sont délivrés à une vitesse et un déterminisme appropriés en fonction de la tâche. Mais toutes les applications n'ont pas besoin de performances similaires.

PROFINET fournit des données en utilisant différents canaux de communication comme indiqué dans l'architecture ci-dessus pour assurer des performances appropriées comme TCP/IP ou UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) et TSN (Time Sensitive Networking).

PROFINET utilise TCP/IP sinon la communication UDP/IP, en particulier pour les tâches non urgentes telles que la configuration et le paramétrage. En raison de la latence et de la gigue supplémentaires liées à la communication basée sur IP, cette technique est inappropriée pour les tâches urgentes.

PROFINET utilise un canal RT pour fournir des données de manière très rapide et déterministe à utiliser dans des applications à temps critique. PROFINET RT répond aux exigences de la plupart des applications à temps critique. Ainsi, les performances globales dépendent principalement de la conception du réseau, cependant, vous pouvez atteindre des temps de cycle de 250 µs à 512 ms. Ainsi, vous n'avez pas besoin de configuration ou de matériel spécial pour utiliser le mécanisme en temps réel de PROFINET car tous les produits de PROFINET sont équipés de cette capacité.

PROFINET IRT est utilisé pour augmenter les performances afin de réduire les retards de données modifiables en augmentant les règles utilisées pour commuter le trafic Ethernet et en créant également des règles spéciales pour le trafic de PROFINET. Cet IRT est facultatif et requis uniquement dans les applications exactes à haute performance telles que les presses à imprimer et les machines d'emballage.

La dernière spécification PROFINET V2.4 lance un quatrième canal de communication comme PROFINET sur TSN. Il s'agit d'une nouvelle technologie qui repose sur la couche de liaison de données dans le modèle ISO/OSI. Il s'agit d'un ensemble de normes IEEE 802 utilisées pour rendre Ethernet déterministe par défaut. Certaines des normes IEEE sont; IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB et IEEE 802.1Q-2018.

Types ProfiNet

Les Profinet sont disponibles en deux types basés sur des câbles utilisés comme des câbles en cuivre et Câbles de fibres optiques.

Câble Cuivre Profinet

Il s'agit d'un câble blindé de couleur verte et à 4 fils qui prend en charge jusqu'à 100 Mbps Fast Ethernet à 100 mètres de distance. En utilisant ce câble, la transmission Full Duplex est obtenue, ce qui signifie que les données sont transmises simultanément dans les deux sens. De plus, pour des débits de transmission de 1 Gbps, des câbles en cuivre à 8 conducteurs sont utilisés.

Les câbles en cuivre PROFINET sont disponibles en quatre types type-A, type-B, type-R et type-C.

• Les câbles en cuivre de type A sont principalement utilisés pour les installations fixes.
• Les câbles en cuivre de type B sont utilisés là où la flexion est présente. Ces types de câbles peuvent résister aux vibrations ou aux mouvements occasionnels.
• Les câbles en cuivre de type R sont utilisés dans les applications robotiques.
• Les câbles en cuivre de type C sont utilisés dans des applications spécialisées et peuvent résister aux mouvements ainsi qu'aux environnements dynamiques. Par exemple, les machines rotatives.
• D'autres câbles en cuivre sont également là, comme les câbles traînants utilisés pour les pièces mobiles, les câbles enterrés utilisés dans les communications souterraines et les câbles non corrosifs ignifuges utilisés pour la protection contre les incendies.

Câbles fibre optique Profinet

Ces câbles utilisent deux fils parallèles qui servent directement à l'assemblage des connecteurs. Ces types de câbles ont des vitesses allant jusqu'à 100 Mbit/s et également une communication en duplex intégral.

Ces types de câbles offrent de nombreux avantages, tels qu'ils peuvent couvrir des kilomètres de distance et offrent une isolation électrique totale entre les régions de l'usine. De plus, ces câbles sont résistants aux interférences électromagnétiques. Ces câbles sont disponibles en deux types Type B et Type C où les câbles de type B sont utilisés pour une utilisation flexible ou stationnaire et les câbles de type C sont utilisés pour des applications spéciales telles que les vibrations, les mouvements permanents, etc.

ProfiNet contre Ethernet

La différences entre Profinet et Ethernet sont discutés ci-dessous.

ProfiNet contre Profibus

La différences entre Profinet et Profibus sont discutés ci-dessous.

Connecteur Profinet

Les connecteurs Profinet sont spécialement conçus pour les terminaisons de câbles Profinet. Ces connecteurs sont très populaires en raison de leur prix abordable et de leur utilisation simple. Ils sont donc conviviaux, se connectent rapidement, offrent des performances élevées, leur structure est rigide, résistante aux chocs, et également sans entretien.

Topologie ProfiNet

Dans la conception du réseau, la flexibilité et la disposition sont les principales caractéristiques de PROFINET. Il prend en charge des options de combinaison pratiquement illimitées lorsque toutes les topologies Ethernet typiques sont utilisées. Il existe différentes topologies PROFINET fondamentales, c'est pourquoi la sélection correcte de la topologie est importante pour la conception de l'installation d'automatisation PROFINET. Après cette conception, la topologie doit être ajustée. Pour configurer la topologie Profinet, des commutateurs supplémentaires peuvent être nécessaires. Les différentes topologies PROFINET de base sont disponibles comme les topologies en étoile, en arbre et en ligne.

Topologie en étoile

La topologie en étoile est appropriée pour les zones comprenant une extension géographique partielle. Cette topologie est créée automatiquement si de nombreux nœuds de communication sont associés à un commutateur général. Si le nœud d'un seul PROFINET tombe en panne ou est déconnecté, les autres nœuds de PROFINET fonctionnent en continu. Mais, si le commutateur du milieu tombe en panne, la communication sera interrompue vers tous les nœuds connectés.

Topologie arborescente

Une topologie arborescente est formée en connectant divers réseaux en étoile à un seul réseau. L'unité fonctionnelle est formée par les parties de l'installation d'automatisation qui sont unies aux points neutres. Ceux-ci sont donc interconnectés via des commutateurs voisins. Au point étoile, un seul interrupteur fonctionne comme un distributeur de signal.

Topologie linéaire

La topologie de ligne est largement utilisée dans les installations d'automatisation pour les bandes transporteuses et est également utilisée dans les applications de petites machines. Les appareils de PROFINET sont équipés d'un commutateur intégré pour faciliter la reconnaissance des topologies de ligne. Une fois qu'une interruption de ligne se produit lorsque des topologies de ligne sont utilisées, les appareils disposés après l'appareil défaillant ne peuvent plus être contactés. Cela peut donc être évité en étendant la ligne à une forme en anneau avec un protocole de redondance.

Avantages

La Avantages ProfiNet inclure les éléments suivants.

• PROFINET vous offre les meilleurs moyens d'améliorer votre productivité avec quatre avantages importants : flexibilité, ouverture, performances et efficacité.
• Disponibilité et fiabilité opérationnelles élevées.
• Accessibilité des données transparentes.
• Combinaison simple et sans erreur de systèmes de bus de terrain établis via des passerelles/proxies.
• Il a des options de diagnostic significatives et détaillées.
• En utilisant Profinet, nous pouvons exécuter différentes options de topologie comme étoile, ligne, anneau et arbre.
• Il offre une reconnaissance de la topologie et des diagnostics pour une mise en service rapide et efficace du réseau.
• La sécurité fonctionnelle de Profibus évite les dangers dus au faux fonctionnement des machines industrielles

Applications

La applications de ProfiNe t inclure les éléments suivants.

• PROFINET est utilisé dans différentes applications telles que l'automatisation des processus, la production, la sécurité et les applications de contrôle de mouvement isochrone.
• PROFINET est utilisé dans tous les domaines de l'ingénierie d'automatisation.
• Il s'agit d'une solution Ethernet industrielle ouverte basée sur les normes internationales utilisées pour l'échange de données entre les appareils et les contrôleurs dans un environnement d'automatisation.
• Le champ de processus Net est utilisé par Siemens PLC.
• PROFINET est utilisé dans différents domaines pour la mise en œuvre de solutions d'automatisation telles que l'automatisation des processus, l'automatisation des bâtiments et l'automatisation des usines.
• PROFINET est utilisé via Industrial Ethernet pour la communication de données.
• Il est généralement utilisé dans le processus d'automatisation pour changer et contrôler des fluides tels que des liquides et des gaz.
• Ceux-ci sont également utilisés dans différents domaines tels que l'approvisionnement en gaz combustible, l'automatisation et le contrôle des eaux usées ou le traitement de l'eau.
• Il est utilisé pour traiter les usines de l'industrie des boissons, les laiteries et la production alimentaire.
• Il est applicable dans un large éventail d'industries telles que le gaz, l'automobile, le pétrole, la logistique et bien d'autres.

Ainsi, il s'agit de un aperçu d'un Profinet technologie – travailler avec des applications. Il s'agit de la norme Ethernet industrielle la plus importante du marché. Il s'agit d'une technologie tournée vers l'avenir et établie à l'échelle mondiale qui est prise en charge par plusieurs fournisseurs de produits pour assurer la protection des investissements et la disponibilité à long terme. Voici une question pour vous, qu'est-ce que Profibus ?