Print

Zlepšení komunikace v průmyslových sítích

-- 14.05.19

Volba rozhraní Profinet může zlepšit průmyslovou síťovou komunikaci zařízení. 

Integrace průmyslového komunikačního rozhraní do automatizačního zařízení začíná získáváním informací pro definování funkčnosti průmyslové sítě a seznámením s daným úkolem. Vývoj bývá rychlejší u nových zařízení, když pokaždé znovu nevynalézáte kolo.

V závislosti na požadované funkčnosti (třídě shody) je nezbytné pro každý jednotlivý případ volit vhodný typ implementace. Velkou roli hrají také dostupné vývojové kapacity, odborné znalosti společnosti, očekávané náklady na výrobu rozhraní a doba uvedení na trh.

Pro většinu implementací jsou k dispozici různé startovací sady a vyhodnocovací desky. Tyto sady umožňují rychlý úvod do vývojových aktivit a často obsahují i kompletní vývojové prostředí. Obzvláště užitečné mohou být ukázkové programy či obvodová a bloková schémata. Vývojové balíčky také obsahují certifikovaný zásobník Profinet příslušného poskytovatele a podrobnou dokumentaci.

Plán činností a výdaje potřebné pro návrh hardwaru a softwaru závisejí do značné míry na zvolené implementační metodě. Zde může výrobce zařízení provádět vývojové práce nezávisle nebo spolupracovat s vývojářským či technologickým partnerem. Nezávislý vývoj vyžaduje dobře podložené znalosti protokolu Profinet a vlastní zdroje pro vývoj hardwaru a softwaru.

Členské společnosti organizace PI mohou v zájmu uvolnění vývojářských zdrojů výrobce automatizačního zařízení poskytovat kompletní vývojové balíčky, připravené komunikační moduly Profinet a řadu vývojářských služeb. To výrobci zařízení poskytuje potřebnou podporu, od fáze návrhu přes vývoj hardwaru a softwaru až po certifikaci. 

Požadavky v reálném čase

Standard IEEE 802.3 pro Ethernet je navržen tak, aby zajistil bezproblémovou komunikaci mezi automatizačními zařízeními Profinet navzájem a mezi automatizačními zařízeními Profinet i dalšími zařízeními standardu Ethernet. Pro aplikace s přísnými požadavky na práci v reálném čase nabízí Profinet mechanismy, které umožňují souběžnou koexistenci standardní komunikace a komunikace v reálném čase. Komunikace po síti Profinet může být škálována pomocí tří úrovní výkonu, které na sebe navazují:

 

  1. Přenos technických dat a časově nekritických dat probíhá přes TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Tato standardní komunikace je možná mezi všemi automatizačními zařízeními.
  2. Pro přenos procesních dat je k dispozici kanál reálného času (RT).
  3. Pro izochronní aplikace, jako je polohování, se používá izochronní komunikace v reálném čase (IRT). To umožňuje taktování <1 ms a jitter <1 μs. 

Schopnost IRT závisí na hardwarové podpoře v zařízení, což znamená, že pro tento účel musejí být použity speciální, aplikačně specifické integrované obvody (ASIC), mikrokontroléry a programovatelná hradlová pole (FPGA). Komerční přepínače ASIC bez podpory hardwaru IRT jsou vhodné pro implementaci automatizačního zařízení pouze s funkcemi RT. Zařízení s RT komunikací lze vyvíjet na základě standardních ethernetových komponent a softwarového zásobníku Profinet. 

Třídy shody Profinet

Pro splnění různých požadavků automatizačních systémů jsou pro Profinet definovány tři třídy shody, které na sebe navazují. Každá třída má funkční rozsah určený pro typickou oblast použití. Výrobce zařízení musí zvážit požadovanou třídu shody ještě před výběrem možnosti implementace pro rozhraní zařízení Profinet, protože typ implementace rozhraní ovlivňuje třídu shody, které lze dosáhnout.

Níže popisujeme klíčové funkce tří tříd shody a jejich výhody:

 

  • CC-A: Využití infrastruktury stávající sítě Ethernet, včetně integrace základních funkcí Profinet. Všechny služby informačních technologií (IT) mohou být využívány bez omezení. Typickými příklady použití jsou automatizace budov a automatizace procesů.
  • CC-B: Funkční rozsah CC-B zahrnuje funkce CC-A a navíc podporuje uživatelsky přívětivou výměnu zařízení bez nutnosti použití technického nástroje. Protokol SNMP (Simple Network Management Protocol) podporuje rozšířenou diagnostiku síťových funkcí zařízení, jako jsou zprávy o stavu portu. Pro zvýšení spolehlivosti dat je jako volitelný doplněk k dispozici protokol redundance výkonu média přizpůsobený nárokům na výkon. Všechny služby IT lze používat bez omezení. Typickou aplikací mohou být automatizační systémy s řízením strojů na vyšší úrovni s deterministickým, ale nikoli izochronním datovým cyklem. Převážná většina zařízení Profinet spadá do této kategorie.
  • CC-C: Funkční rozsah CC-C zahrnuje všechny funkce CC-B. Podporuje také přenos vysoce přesných a deterministických dat, včetně izochronních aplikací. Integrovaná volitelná redundance médií umožňuje plynulé přepínání datového provozu I/O v případě poruchy. Všechny služby IT lze používat bez omezení. Typickou aplikací je polohování. 

Jakmile se výrobce zařízení rozhodne, jaké funkce Profinet potřebuje k implementaci do produktu, další otázkou je, jak tyto funkce implementovat. Existují tři možnosti:

 

  • Nainstalovat integrovaný obvod ASIC na desku plošných spojů (PCB), který by zpracovával komunikaci po síti Profinet. Je-li na desce plošných spojů dostatek místa pro integrovaný obvod, může to být proveditelné řešení.
  • Zapojit modul do slotu na desce zařízení. Na rozdíl od ASIC může modul zajistit požadavky na síť fyzickými kabelovými konektory, magnetickými prvky, PHY (obvody fyzické vrstvy pro fyzickou vrstvu modelu OSI), integrovaným ethernetovým přepínačem a čipem pro práci se zásobníkem Profinet. K dispozici je celá řada připojení zadní desky (backplane), od paměti se dvěma porty přes SPI až po rozhraní karty Compact Flash (CF).
  • Zakoupit softwarový zásobník a implementovat jej do procesoru aplikace. Softwarové zásobníky jsou jednou z nejběžnějších implementací sítě Profinet; jsou i nákladově nejvýhodnějším způsobem implementace protokolu ve velkých objemech. Jsou však také nejsložitějším způsobem, jak Profinet implementovat. Zásobníky se dotýkají mnoha periferních softwarových součástí, jako je operační systém, zásobník IP, energeticky nezávislá paměť RAM a tak dále. 

TSN a Profinet

Časově senzitivní síť (Time-Sensitive Networking – TSN) je slibnou technologií a nabízí pro Profinet mnoho možností. Cílem TSN je zkombinovat širokou škálu IT sítí s robustností a determinismem automatizačních sítí. Stručně řečeno skutečně reálný čas přes standardní IT sítě. To pro Profinet neznamená revoluci. Představuje to spíše vizionářskou architekturu, na které Profinet staví.

TSN nabízí pro Profinet novou vrstvu 2 v modelu ISO/OSI. Ta odpovídá dnešním technologiím RT a IRT. Je proto zřejmé, že TSN v následujících letech nenahradí RT nebo IRT, je jen další možností s řadou potenciálních výhod. Dnešní výrobci, kteří poskytují řešení s RT a IRT, je budou moci nabízet i v dalších letech. Uživatelé používající RT nebo IRT pro provoz svých systémů si mohou být jisti, že používají udržitelnou technologii.

TSN nabízí možnost dosáhnout tohoto cíle i se standardními čipovými sadami, protože TSN jsou založeny na otevřených standardech, které jsou podporovány mnoha výrobci polovodičů. Vše ostatní, co se týká Profinetu, zůstává nezměněno – zejména služby, jako je diagnostika, konfigurace, alarmy atd. To umožní uživatelům a výrobcům zařízení používat TSN i v budoucnu. Mohou stavět na stávajících znalostech a pokračovat v používání aplikací, které vyvinuli. 

Michael Bowne, výkonný ředitel, PI North America. Upravila Emily Guentherová, zástupkyně obsahového ředitele, Control Engineering, CFE Media, eguenther@cfemedia.com.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI