Analisi completa dell'architettura del protocollo PROFINET, principio di funzionamento, vantaggi e svantaggi

PROFINET è un protocollo di comunicazione utilizzato dai sistemi di automazione industriale. È un protocollo basato su Ethernet che consente la comunicazione tra sistemi di controllo industriale e dispositivi quali sensori, attuatori e altri controller. Sviluppato da Profibus International, PROFINET è un protocollo ampiamente utilizzato nella produzione e nell'automazione industriale. Attualmente, PROFINET è diventato uno dei protocolli di comunicazione principali nel campo dell'automazione industriale ed è stato ampiamente utilizzato in varie apparecchiature e sistemi di automazione industriale. Secondo le statistiche, a partire dal 2019, ci sono più di 250.000 nodi PROFINET IO e più di 5 milioni di dispositivi PROFINET IO in uso in tutto il mondo. PROFINET è anche sempre più ampiamente utilizzato in vari settori, come la produzione, l'industria automobilistica, l'industria alimentare e delle bevande, l'industria energetica e del trattamento delle acque, ecc.

Architettura di PROFINET

PROFINET adotta un'architettura a strati, tra cui livello fisico, livello di collegamento dati, livello di rete e livello applicativo. Il livello fisico di PROFINET utilizza cavi e connettori Ethernet standard per supportare più velocità di trasmissione e distanze. Il livello di collegamento dati di PROFINET adotta il protocollo PROFINET IO, che supporta la trasmissione dati in tempo reale e la gestione della rete. Il livello di rete di PROFINET adotta il protocollo TCP/IP e supporta varie topologie di rete e strategie di routing. Il livello applicativo di PROFINET adotta il protocollo PROFINET per supportare la comunicazione e la cooperazione tra vari dispositivi e controller.

Come funziona PROFINET

Connessione del dispositivo e identificazione automatica: i dispositivi nella rete PROFINET sono collegati tramite il livello fisico Ethernet e supportano le funzioni di identificazione automatica e configurazione automatica. Quando un dispositivo si unisce alla rete PROFINET, il controller PROFINET può identificare automaticamente il tipo, l'indirizzo, gli attributi e altre informazioni del nuovo dispositivo e configurare automaticamente l'indirizzo IP, l'indirizzo MAC, i parametri di rete, ecc. per esso.

Protocollo di comunicazione e trasmissione dati: il protocollo di comunicazione PROFINET si basa sulla tecnologia Ethernet, adotta lo stack di protocolli TCP/IP e ottimizza ed espande su questa base. Il protocollo di comunicazione PROFINET supporta la trasmissione di vari tipi di dati, come dati non in tempo reale, dati in tempo reale, dati di controllo e dati di diagnosi di guasti. Nella rete PROFINET, la trasmissione dati può essere realizzata in tre modi: comunicazione dati IO, comunicazione dati TCP/IP e comunicazione dati in tempo reale.

Meccanismo di comunicazione in tempo reale: PROFINET adotta un meccanismo di comunicazione in tempo reale, che può realizzare una trasmissione dati in tempo reale ad alta velocità, affidabile e accurata. PROFINET supporta due meccanismi di comunicazione in tempo reale, ovvero PROFINET RT e PROFINET IRT. PROFINET RT è adatto per la trasmissione dati in tempo reale a bassa latenza e ad alta velocità, come le applicazioni di controllo del movimento; PROFINET IRT è adatto per applicazioni di controllo e monitoraggio ad alta precisione, come controllo della temperatura, controllo del flusso, ecc. Il meccanismo di comunicazione in tempo reale può essere implementato tramite comunicazione periodica tra dispositivi PROFINET IO e controller PROFINET I/O.

Topologia di rete e meccanismo di ridondanza: la rete PROFINET supporta più topologie, come stella, bus, anello, albero, ecc. Topologie diverse possono soddisfare diversi requisiti applicativi e requisiti di prestazioni di rete. Allo stesso tempo, PROFINET supporta anche meccanismi di ridondanza, che possono migliorare l'affidabilità e la stabilità della rete, come ridondanza del dispositivo, ridondanza del percorso e ridondanza della porta.

Come protocollo di comunicazione per l'automazione industriale, PROFINET presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:

vantaggio:

Efficienza: PROFINET si basa sulla tecnologia Ethernet ed è stato ottimizzato ed espanso su questa base, quindi ha un'elevata efficienza. Supporta la trasmissione dati in tempo reale ad alta velocità, affidabile e precisa e la comunicazione di rete, e può soddisfare i requisiti di comunicazione in tempo reale e non in tempo reale nel campo dell'automazione industriale.

Flessibilità: PROFINET supporta una varietà di topologie di rete, tra cui stella, bus, anello, albero, ecc., che possono essere selezionate in modo flessibile in base ai diversi requisiti applicativi e ai requisiti di prestazioni di rete. Allo stesso tempo, PROFINET supporta anche più meccanismi di ridondanza, come ridondanza del dispositivo, ridondanza del percorso, ridondanza della porta, ecc., per migliorare l'affidabilità e la stabilità della rete.

Scalabilità: PROFINET è un protocollo di comunicazione scalabile che può supportare molti dispositivi e applicazioni diversi, come sensori, attuatori, robot, sistemi di automazione, ecc. Allo stesso tempo, può anche supportare una varietà di diversi tipi di dati e protocolli, tra cui dati non in tempo reale, dati in tempo realedati, dati di controllo e dati di diagnosi guasti.

Facile da integrare: i dispositivi nella rete PROFINET possono essere rapidamente integrati e configurati tramite funzioni di identificazione automatica e configurazione automatica, il che riduce la difficoltà di installazione e debug dei dispositivi e migliora l'efficienza produttiva e lavorativa.

difetto:

Complessità: in quanto protocollo di comunicazione avanzato, PROFINET ha costi di apprendimento e implementazione più elevati rispetto ad altri protocolli semplici. Inoltre, la configurazione e la manutenzione delle reti PROFINET richiedono anche elevate competenze ed esperienza e sono richiesti ingegneri e tecnici professionisti per il supporto e la gestione.

Costo: la rete PROFINET richiede elevati costi hardware e software, inclusi controller PROFINET, dispositivi IO PROFINET, switch di rete, ecc. Allo stesso tempo, anche i dispositivi e le applicazioni PROFINET devono essere autenticati e autorizzati e devono essere pagate le relative tariffe.

Sicurezza: la sicurezza della comunicazione di rete PROFINET richiede una configurazione e una gestione speciali, tra cui firewall, crittografia dei dati, autenticazione, ecc. Se non sono in atto misure di sicurezza, le reti PROFINET potrebbero essere soggette a minacce e attacchi alla sicurezza.

Per riassumere, il protocollo PROFINET ha i vantaggi di elevate prestazioni, elevata affidabilità, interoperabilità e visualizzazione, ma presenta anche svantaggi come la complessità della configurazione e della manutenzione, la necessità di apparecchiature speciali, problemi di sicurezza e limitazioni di distribuzione. Quando si utilizza il protocollo PROFINET, è necessario considerare in modo completo i suoi vantaggi e svantaggi e scegliere uno scenario applicativo adatto e le esigenze effettive.

In futuro, la direzione di sviluppo di PROFINET includerà principalmente i seguenti aspetti:

Adattarsi alle esigenze dell'Industria 4.0: con il rapido sviluppo dell'Industria 4.0, PROFINET presterà sempre più attenzione all'interconnessione tra dispositivi e alla condivisione dei dati, e presterà maggiore attenzione all'interoperabilità e alla versatilità, fornendo soluzioni più flessibili, efficienti e intelligenti.

Rafforzare la sicurezza: con il continuo sviluppo dell'automazione industriale, le minacce e gli attacchi alla sicurezza di rete stanno diventando sempre più comuni. PROFINET presterà maggiore attenzione alla sicurezza delle comunicazioni di rete e fornirà misure di sicurezza più complete.

Migliorare le prestazioni e le prestazioni in tempo reale: PROFINET continuerà a migliorare le prestazioni e le prestazioni in tempo reale, fornendo velocità di trasmissione dati più elevate e una latenza inferiore per soddisfare i requisiti in tempo reale e di prestazioni delle apparecchiature e dei sistemi di automazione industriale.

Rafforzare l'intelligenza e la visualizzazione: PROFINET migliorerà ulteriormente le funzioni di intelligenza e visualizzazione, fornirà funzioni di monitoraggio, diagnosi e previsione più abbondanti e realizzerà una gestione e manutenzione intelligenti di apparecchiature e sistemi.

Ampliare l'ambito di applicazione: PROFINET amplierà ulteriormente l'ambito di applicazione, coinvolgendo più settori e campi, come quello medico, aerospaziale, robotica, ecc.

In breve, come protocollo di comunicazione avanzato per l'automazione industriale, PROFINET continuerà a svolgere un ruolo importante in futuro e a promuovere innovazione e sviluppo continui nel campo dell'automazione industriale.