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:

 

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

 

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.