Análise abrangente da arquitetura do protocolo PROFINET, princípio de funcionamento, vantagens e desvantagens

PROFINET é um protocolo de comunicação usado por sistemas de automação industrial. É um protocolo baseado em Ethernet que permite a comunicação entre sistemas de controle industrial e dispositivos como sensores, atuadores e outros controladores. Desenvolvido pela PROFIBUS International, o PROFINET é um protocolo amplamente usado na fabricação e automação industrial. Atualmente, o PROFINET se tornou um dos principais protocolos de comunicação no campo da automação industrial e tem sido amplamente usado em vários equipamentos e sistemas de automação industrial. De acordo com as estatísticas, em 2019, havia mais de 250.000 nós PROFINET IO e mais de 5 milhões de dispositivos PROFINET IO em uso ao redor do mundo. O PROFINET também é cada vez mais amplamente utilizado em vários setores, como manufatura, indústria automotiva, indústria de alimentos e bebidas, indústria de energia e tratamento de água, etc.

Arquitetura do PROFINET

O PROFINET adota arquitetura em camadas, incluindo camada física, camada de enlace de dados, camada de rede e camada de aplicação. A camada física do PROFINET usa cabos e conectores Ethernet padrão para suportar múltiplas taxas de transmissão e distâncias. A camada de enlace de dados do PROFINET adota o protocolo PROFINET IO, que suporta transmissão de dados em tempo real e gerenciamento de rede. A camada de rede do PROFINET adota o protocolo TCP/IP e suporta várias topologias de rede e estratégias de roteamento. A camada de aplicação do PROFINET adota o protocolo PROFINET para suportar comunicação e cooperação entre vários dispositivos e controladores.

Como o PROFINET funciona

Conexão de dispositivos e identificação automática: Os dispositivos na rede PROFINET são conectados por meio da camada física Ethernet e suportam funções de identificação automática e configuração automática. Quando um dispositivo se junta à rede PROFINET, o controlador PROFINET pode identificar automaticamente o tipo, endereço, atributos e outras informações do novo dispositivo e configurar automaticamente o endereço IP, endereço MAC, parâmetros de rede, etc. para ele.

Protocolo de comunicação e transmissão de dados: O protocolo de comunicação PROFINET é baseado na tecnologia Ethernet, adota a pilha de protocolos TCP/IP e otimiza e expande com base nisso. O protocolo de comunicação PROFINET suporta a transmissão de vários tipos de dados, como dados não em tempo real, dados em tempo real, dados de controle e dados de diagnóstico de falhas. Na rede PROFINET, a transmissão de dados pode ser realizada de três maneiras: comunicação de dados IO, comunicação de dados TCP/IP e comunicação de dados em tempo real.

Mecanismo de comunicação em tempo real: O PROFINET adota um mecanismo de comunicação em tempo real, que pode realizar uma transmissão de dados em tempo real de alta velocidade, confiável e precisa. O PROFINET suporta dois mecanismos de comunicação em tempo real, ou seja, PROFINET RT e PROFINET IRT. O PROFINET RT é adequado para transmissão de dados em tempo real de baixa latência e alta velocidade, como aplicações de controle de movimento; O PROFINET IRT é adequado para aplicações de controle e monitoramento de alta precisão, como controle de temperatura, controle de fluxo, etc. O mecanismo de comunicação em tempo real pode ser implementado por comunicação periódica entre dispositivos PROFINET IO e controladores PROFINET I/O.

Topologia de rede e mecanismo de redundância: A rede PROFINET suporta várias topologias, como estrela, barramento, anel, árvore, etc. Diferentes topologias podem atender a diferentes requisitos de aplicação e requisitos de desempenho de rede. Ao mesmo tempo, o PROFINET também suporta mecanismos de redundância, que podem melhorar a confiabilidade e a estabilidade da rede, como redundância de dispositivo, redundância de caminho e redundância de porta.

Como um protocolo de comunicação de automação industrial, o PROFINET tem as seguintes vantagens e desvantagens:

vantagem:

Eficiência: O PROFINET é baseado na tecnologia Ethernet e foi otimizado e expandido com base nisso, por isso tem alta eficiência. Ele suporta transmissão de dados em tempo real e comunicação de rede de alta velocidade, confiável e precisa, e pode atender aos requisitos de comunicação em tempo real e não em tempo real no campo da automação industrial.

Flexibilidade: O PROFINET suporta uma variedade de topologias de rede, incluindo estrela, barramento, anel, árvore, etc., que podem ser selecionadas de forma flexível de acordo com diferentes requisitos de aplicação e requisitos de desempenho de rede. Ao mesmo tempo, o PROFINET também suporta vários mecanismos de redundância, como redundância de dispositivo, redundância de caminho, redundância de porta, etc., para melhorar a confiabilidade e a estabilidade da rede.

Escalabilidade: PROFINET é um protocolo de comunicação escalável que pode suportar muitos dispositivos e aplicações diferentes, como sensores, atuadores, robôs, sistemas de automação, etc. Ao mesmo tempo, ele também pode suportar uma variedade de diferentes tipos de dados e protocolos, incluindo dados não em tempo real, dados em tempo realdados, dados de controle e dados de diagnóstico de falhas.

Fácil de integrar: Os dispositivos na rede PROFINET podem ser rapidamente integrados e configurados por meio de identificação automática e funções de configuração automática, o que reduz a dificuldade de instalação e depuração do dispositivo e melhora a eficiência da produção e do trabalho.

deficiência:

Complexidade: Como um protocolo de comunicação avançado, o PROFINET tem custos de aprendizado e implementação mais altos do que outros protocolos simples. Além disso, a configuração e a manutenção de redes PROFINET também exigem altas habilidades e experiência, e engenheiros e técnicos profissionais são necessários para suporte e gerenciamento.

Custo: A rede PROFINET requer altos custos de hardware e software, incluindo controladores PROFINET, dispositivos PROFINET IO, switches de rede, etc. Ao mesmo tempo, os dispositivos e aplicAtivos PROFINET também precisam ser autenticados e autorizados, e as taxas correspondentes precisam ser pagas.

Segurança: A segurança da comunicação da rede PROFINET requer configuração e gerenciamento especiais, incluindo firewall, criptografia de dados, autenticação, etc. Se medidas de segurança não estiverem em vigor, as redes PROFINET podem enfrentar ameaças e ataques de segurança.

Para resumir, o protocolo PROFINET tem as vantagens de alto desempenho, alta confiabilidade, interoperabilidade e visualização, mas também tem desvantagens como a complexidade da configuração e manutenção, a necessidade de equipamento especial, problemas de segurança e limitações de implantação. Ao usar o protocolo PROFINET, é necessário considerar de forma abrangente suas vantagens e desvantagens e escolher um cenário de aplicação adequado e necessidades reais.

No futuro, a direção de desenvolvimento do PROFINET inclui principalmente os seguintes aspectos:

Adaptar-se às necessidades da Indústria 4.0: Com o rápido desenvolvimento da Indústria 4.0, o PROFINET prestará cada vez mais atenção à interconexão entre dispositivos e ao compartilhamento de dados, e prestará mais atenção à interoperabilidade e versatilidade, fornecendo uma solução mais flexível, eficiente e inteligente.

Fortalecer a segurança: Com o desenvolvimento contínuo da automação industrial, as ameaças e ataques à segurança da rede estão se tornando cada vez mais comuns. O PROFINET prestará mais atenção à segurança da comunicação de rede e fornecerá medidas de segurança mais abrangentes.

Melhorando o desempenho e o desempenho em tempo real: O PROFINET continuará a melhorar o desempenho e o desempenho em tempo real, fornecendo maiores taxas de transmissão de dados e menor latência para atender aos requisitos de desempenho e tempo real de equipamentos e sistemas de automação industrial.

Fortalecer a inteligência e a visualização: o PROFINET aprimorará ainda mais as funções de inteligência e visualização, fornecerá funções de monitoramento, diagnóstico e previsão mais abundantes e realizará o gerenciamento e a manutenção inteligentes de equipamentos e sistemas.

Expandir o escopo de aplicação: o PROFINET expandirá ainda mais o escopo de aplicação, envolvendo mais indústrias e campos, como médico, aeroespacial, robótica, etc.

Em suma, como um protocolo avançado de comunicação de automação industrial, o PROFINET continuará a desempenhar um papel importante no futuro e promoverá inovação e desenvolvimento contínuos no campo da automação industrial.