PROFINET to zielony przewód
Wiele osób ma bardzo mgliste pojęcie, czym jest PROFINET oraz jak działa PROFINET. W tym artykule przybliżę Ci temat sieci PROFINET i przekonasz się, że wcale nie jest to skomplikowane, a jeżeli masz chociaż niewielkie pojęcie jak działa Internet, to będzie to jeszcze prostsze niż myślisz.
PROFINET najczęściej jest kojarzony z zielonym kolorem przewodów oraz złączami RJ45 oraz siecią Ethernet. Z jednym można się zgodzić, bo PROFINET rzeczywiście opiera się na sieciach Ethernet i każdy kabel, który jest dedykowany do Ethernetu będzie działać również dla PROFINET. Co do wtyczek, to nie zawsze jest to zwykła biurowa wtyczka RJ45, bo w trudnym środowisku przemysłowym lepiej sprawdzają się przemysłowe wtyczki oraz wtyczki M12, gdzie wymagana jest duża szczelność przed pyłem i cieczami.
A więc PROFINET bazuje na Ethernecie, a będą jeszcze bardziej precyzyjnym jest to Ethernet przemysłowy, czyli odporny na warunki przemysłowe, dlatego urządzenia i przewody dla PROFINET wyglądają na masywniejsze i solidniejsze. Wszystko po to, aby poprawnie działać w trudnych warunkach przemysłowych, gdzie może panować wyższa temperatura, wilgotność, drgania, zapylenie i inne szkodliwe czynniki. Co nie znaczy, że nie można używać „zwykłych” – biurowych rozwiązań.
Ponieważ PROFINET działa na bazie Ethernet więc wykorzystuje wszystkie „dobrodziejstwa” Ethernetu, jak choćby wykrywanie sąsiadów – LLDP (Link Layer Discovery Protocol), czy SNMP (Simple Network Management Protocol), dzięki czemu możemy zarządzać urządzeniami sieciowymi. Więcej o PROFINET i LLDP znajdziesz tutaj.
PROFINET a PROFIBUS w skrócie
PROFINET oparty jest na Ethernet, a PROFIBUS na RS485. PROFINET wykorzystuje 4 żyły w przewodzie, a PROFIBUS 2. PROFIBUS wykorzystuje najczęściej fioletowy przewód. Zasada działanie PROFIBUS opiera się na Master – Slave, gdzie to master jest odpowiedzialny za odpytywanie urządzeń. W PROFINET urządzenia wysyłają swoje dane zgodnie z ustawionym czasem aktualizacji.
PROFINET jest siecią typu Real Time
PROFINET jest siecią typu Real Time – czyli czasu rzeczywistego. Wyjaśnię Ci najpierw, co to znaczy czas rzeczywisty w kontekście sieci PROFINET oraz innych urządzeń komputerowych, czy elektronicznych. Pierwsze skojarzenie jest takie, że coś się odbywa w czasie rzeczywistym, czyli jeżeli wystąpi jakieś zdarzenie, to w czasie rzeczywistym można podjąć jakąś akcję, ale w świecie elektroniki i fizyki informację trzeba przetransportować, np. z czujnika do systemu sterowania i to zajmuje jakiś bardzo krótki czas. Ten bardzo krótki czas jest opóźnieniem i mimo, że dla nas ludzi wydaje się to wydarzać wręcz od razu – w czasie rzeczywistym, to de facto jakiś czas upłynął. Jeżeli założymy, że informacja zawsze dotrze w ściśle określonym czasie, załóżmy co każdą sekundę otrzymujemy informację o stanie czujniki i ten czas jednej sekundy nam wystarcza do podjęcia działania, to mówimy, że coś pracuje w czasie rzeczywistym. Najważniejsze jest tutaj określenie czasu i trzymania się tych ustaleń.
Spróbuję to wytłumaczyć w inny sposób, jeżeli to wciąż jest niezrozumiałe. Wyobraź sobie, że masz sporządzać dzienne raporty i wysyłać je do zarządu do godziny 14:00. Dopóki będziesz dostarczać raporty do godziny 14;00, to będzie to działanie w czasie rzeczywistym.
Podobnie działa PROFINET. Jeżeli urządzenie podłączone do sieci PROFINET, niech będzie to czujnik otwarcia drzwi. Co każde 2ms czujnik będzie wysyłał informację o jego stanie:
- zamknięte
- zamknięte
- zamknięte
- otwarte
- otwarte
- otwarte
- …
I tak dalej.
To jest najważniejsza kwestia odróżniająca PROFINET od zwykłego, biurowego Ethernetu. Wiesz kiedy informacja dotrze do odbiorcy.
Urządzenia w sieci PROFINET mogą pracować w dwóch trybach:
- RT
- IRT
- oraz jako zwykły Ethernet
Tryb RT, o którym była mowa powyżej charakteryzuje się możliwymi opóźnieniami dotarcia informacji do odbiorcy. To opóźnienie fachowo nazywa się JITTER. Zalecana wartość JITTER dla trybu RT (Real Time) wynosi max (+/-) 50%. Znaczy to tyle, że pakiet może przyjść wcześniej lub później 50% zadanego czasu aktualizacji. Dla przykładu z czasem cyklu 2ms oraz JITTER 50%, pakiety mogą przychodzić szybciej o 1ms lub później o 1ms – jeżeli jest to akceptowalne przy pracy procesu lub maszyny dla PROFINET RT.
Jeżeli zależy Ci, aby informacje przychodziła bardzo szybko i bez dużych opóźnień, to możesz wykorzystać tryb IRT – izochroniczny tryb czasu rzeczywistego, który charakteryzuje się czasami cyklu nawet 31,25us. Tak niskie czasy aktualizacji wymagane są w aplikacjach, gdzie potrzebna jest synchronizacja osi napędów. Jednak aby korzystać z trybu IRT trzeba wyposażyć się w dedykowane do IRT urządzenia, należące do klasy Conformance Class C, które mają wbudowany odpowiedni hardware umożliwiający tak szybkie przesyłanie danych. Dodatkowo switche (przełączniki) przeznaczone do IRT pracują jako Cut Through – nie skanują całej ramki, a jedynie do adresu docelowego i przekazują do odpowiedniego portu, co ma za zadanie skrócić czas przetwarzania informacji. Jitter dla trybu IRT wynosi zwykle mniej niż 1us.