Различия Profinet и Ethernet

Обновлено: 30.06.2024

Подробное введение в Profinet дано в книге Манфреда Поппа «Промышленная связь с PROFINET». Он доступен для участников Profinet.

Устройства Profinet (устройства ввода-вывода) управляются ПЛК (программируемым логическим контроллером), также известным как контроллер ввода-вывода.

GSD-файлы¶

Файл GSD (общее описание станции) — это XML-файл, описывающий устройство Profinet IO. Язык на основе XML называется GSDML (язык разметки GSD).

Обратите внимание, что файл GSD не используется стеком или приложением p-net. Это машиночитаемый файл, описывающий возможности, версии аппаратного и программного обеспечения и т. д., и он используется инженерным инструментом для настройки параметров ПЛК.

Файл GSD описывает, например, какие типы съемных аппаратных модулей можно использовать в устройстве ввода-вывода. Файл GSD загружается в инженерный инструмент (обычно работающий на персональном компьютере), после чего пользователь может в инструменте описать, какие модули на самом деле должны быть подключены к устройству ввода-вывода. Это называется конфигурацией. Позже эта информация загружается в ПЛК (контроллер ввода-вывода) в процессе, называемом вводом в эксплуатацию. При запуске ПЛК сообщит устройству ввода-вывода, какой тип модулей предполагается подключить к устройству ввода-вывода. Если к устройству ввода-вывода подключены неправильные модули, устройство ввода-вывода отправит сообщение об ошибке обратно в ПЛК.

Описание запуска¶

При запуске устройства Profinet IO (до установки IP-адреса) используется протокол DCP. Это похоже на DHCP, но без использования центрального сервера.

ПЛК отправляет широковещательное сообщение DCP, и все устройства ввода-вывода в подсети отвечают своими MAC-адресами. ПЛК отправляет сообщение DCP на устройство ввода-вывода с определенным MAC-адресом, содержащим IP-адрес и имя станции, которое должно использовать устройство ввода-вывода. Устройство ввода-вывода устанавливает свой IP-адрес и имя станции соответственно.

Затем ПЛК запускает фактическую настройку устройства ввода-вывода, используя протокол DCE/RPC, работающий по протоколу UDP через IP.

Когда вы говорите о промышленных коммуникациях в наши дни, два термина, как правило, встречаются чаще других: EtherNet/IP и ProfiNet. Причины такого знакомства просты, эти два протокола связи являются одними из самых распространенных в отрасли. Это два из нескольких коммуникационных протоколов на основе Industrial Ethernet, которые также делят рынок с другими протоколами Fieldbus. Поскольку связь на основе Ethernet с каждым годом увеличивает долю рынка, эти два протокола будут становиться все более распространенными.

Оба протокола используют стандартную технологию Ethernet и дополняют ее. Одним из преимуществ этого является то, что при тщательном выборе сети Ethernet/IP и ProfiNet не требуют специального оборудования для своей инфраструктуры. Для построения сети управления можно использовать стандартные медные или оптоволоконные кабели Cat(x), сетевые коммутаторы, коммутационные панели и другие стандартные сетевые устройства. При проектировании сети управления необходимо соблюдать осторожность при выборе продукта. Кабели с более высокими характеристиками, такие как Cat6 или оптоволокно с рейтингом OM(x) для более высокой пропускной способности, важны при работе с системами управления. Также важно убедиться, что коммутаторы будут передавать данные, поскольку неправильная конфигурация коммутатора может вызвать больше головной боли, чем ожидалось. Отличным примером этого является использование коммутаторов, не ориентированных на ProfiNet, в сети ProfiNet. Если данные не проходят, убедитесь, что переключатели настроены на передачу данных VOiP. Быстрый способ проверить, так ли это, если вы не можете войти в конфигурацию коммутатора, состоит в том, чтобы подключить компоненты управления к нисходящему порту на телефоне VOiP (это сработало на одном из наших тестовых стендов, сеть была настроена на разрешить телефонам передавать VOiP, но разрешено было только телефонам.)

EtherNet/IP, продукт Rockwell Automation, имеет открытый исходный код и основан на Общем промышленном протоколе (CIP), который Rockwell Automation использовала в качестве стандарта для своих сетей управления в течение последних нескольких итераций (DeviceNet, ControlNet .) Общий промышленный протокол — это стандарт, управляемый ODVA, который дает Ethernet/IP некоторые преимущества, такие как объектно-ориентированная основа программирования, возможность использования готовых компонентов и улучшенная совместимость.

ProfiNet, продукт Siemens, также является продуктом с открытым исходным кодом и основан на хорошо зарекомендовавшем себя стандарте Profibus (однако это не Profibus через Ethernet). ProfiNet — это более быстрый протокол, чем Ethernet/IP, но может потребоваться специальное оборудование для некоторых приложений.

Некоторые аспекты дизайна обоих протоколов включают управление полосой пропускания и проверку детерминизма в сети, помимо типичных проблем с оборудованием и функциональной совместимостью.Управление полосой пропускания является критической необходимостью, поскольку увеличение доступности данных может привести к перегрузке даже надежных сетевых инфраструктур. Типичными старыми системами являются сети со скоростью 100 Мбит/с, что звучит как большой объем данных, когда вы говорите, что можете передавать до 100 миллионов бит данных в секунду, пока не начнете понимать, что ваши 100 цифровых входов при обновлении в 10 миллисекунд потенциально могут передавать 10000 бит данных в секунду каждый (или 1 Мбит/с только в 100 цифровых операциях ввода-вывода). Загрузка сети становится жизненно важной по мере увеличения масштаба системы управления. Одним из важных соображений являются другие компоненты в сети. Если управляющая сеть совместно использует инфраструктуру с неуправляющими компонентами, эти компоненты уменьшат доступную полосу пропускания для управляющей сети. Это снижение пропускной способности может проявляться очень интересными способами, от потери продукта из-за задержки в системе управления до прямых отказов оборудования. Детерминизм в сети проистекает из вопроса о пропускной способности. Детерминированная сеть — это сеть, работающая на заданной временной основе. Сеть и ее компоненты должны иметь возможность передавать и обрабатывать все соответствующие данные в течение установленного периода времени, чтобы считаться детерминированными. Это становится важной проблемой при работе с скоординированными приложениями, особенно приложениями движения. Инструменты и знания, необходимые для правильной настройки сети, находятся в большом количестве в публичном пространстве. Используйте их, чтобы убедиться, что ваша сеть не вызывает у вас головной боли при устранении неполадок.

В целом разница между Ethernet/IP и ProfiNet сводится к тому, как они работают в соответствии с общими принципами. Оба имеют преимущества перед другими, но, как и сегодняшние споры о том, какой пикап лучше, знакомство с системой и общность с другими компонентами, как правило, определяют, какой из них лучше всего подходит для приложения. Каждая требует определенной предусмотрительности при проектировании, и у каждой есть свои ограничения (и свои головные боли, если вы не возражаете против этих ограничений). При тщательном проектировании, правильной установке и надлежащем обслуживании вы обнаружите, что любая из этих систем будет превосходно работать под вашим контролем. система.

PROFIBUS (технологическая полевая шина) — это полевая шина, которая используется для высокоскоростной циклической передачи данных в мире автоматизации. PROFIBUS имеет два разных применения:

Автоматизация производства
Автоматизация процессов

Для каждого приложения PROFIBUS может использовать другой протокол. PROFIBUS DP (децентрализованные периферийные устройства) — это высокоскоростная версия, которая в основном используется для автоматизации производства (например, логистика, производственные площади и т. д.). PROFIBUS PA (автоматизация процессов) в основном используется в таких отраслях, как очистка воды, добыча нефти, газа, химикаты и т. д.

PROFIBUS PA работает с фиксированной скоростью передачи 31,25 кбит/с, тогда как PROFIBUS DP можно настроить для работы с максимальной скоростью 12 Мбит/с. Связь PROFIBUS является полудуплексной, что означает, что в данный момент обменивается данными только одно устройство. PROFIBUS DP основан на протоколе RS485, а PROFIBUS PA основан на протоколе MBP-IS, который является протоколом с питанием от шины.

Сети PROFIBUS DP чаще всего устанавливаются в виде большой гирляндной цепи, создавая сеть, чувствительную к сбоям. PROFIBUS PA может быть подключен либо как гирляндная цепь, либо как топология «звезда», но с помощью интеллектуальных/усовершенствованных распределительных коробок PROFIBUS PA также может быть установлен по топологии «кольцо».

Что такое PROFINET?

PROFINET — это система полевой шины, основанная на Ethernet. PROFINET — это одна из многих существующих систем промышленного Ethernet, которую часто сравнивают с PROFIBUS.

PROFINET — это полнодуплексная система. Сети PROFINET часто проектируются как топология «звезда» или как несколько звезд, ответвляющихся от большой кольцевой магистрали с использованием управляемых коммутаторов PROFINET. Поскольку PROFINET основан на Ethernet, он может работать на гораздо более высокой скорости передачи, чем PROFIBUS.

В PROFINET время цикла также настраивается для каждого устройства, тогда как PROFIBUS имеет фиксированное время цикла. PROFINET применяется в самых разных отраслях, таких как автомобилестроение, нефтегазовая промышленность, логистика и т. д.

Все вместе: PROFIBUS по-прежнему широко используется во всем мире. Однако мы замечаем, что все больше и больше компаний (в частности, логистических компаний) в настоящее время все чаще обращаются к системам PROFINET.

Для получения дополнительной информации о PROFIBUS / PROFINET и индивидуального совета по проектированию вашей сети запросите БЕСПЛАТНУЮ онлайн-консультацию с одним из наших экспертов!

Поделиться этой статьей.

EtherNet/IP и Profinet — сравнение

В отношении протоколов Ethernet есть два явных лидера: EtherNet/IP и Profinet. На каждую из них приходится колоссальные 30% доли мирового рынка или 60% вместе взятых[1].

Являются ли эти сети действительно лучшими? Мы говорим нет. Ни одна из сетей не является такой детерминированной, как Profibus, DeviceNet или ControlNet. Более того, каждый из них требует сложных и изощренных мер для повышения производительности протокола.

Решение проблемы популярности этих сетей может вернуть нас к ранним «войнам полевых шин», таким как дни полевых шин, удаленного ввода-вывода и других. Явными победителями в этих войнах были производители с львиной долей подключенных устройств, а именно Rockwell Automation и Siemens. Производительность сети была еще одним способом дифференцировать их продуктовые решения.

Многое из того же можно сказать и сегодня, но с небольшим уточнением. Хотя каждый производитель имеет в своем арсенале более простые и надежные сети, оба посылают сигналы о том, что Ethernet будет предпочтительной сетью для фабрик будущего. И у каждого есть лошадь в скачках.

Rockwell Automation подразумевает EtherNet/IP, основанный на том же Общем промышленном протоколе (CIP), на котором основано все семейство сетей. Аналогичным образом Siemens продвигает Profinet, построенный на модели Profibus. Оба являются открытыми сетями, поддерживаемыми определенными стандартами и обширными сообществами. EtherNet/IP управляется ODVA (Открытой ассоциацией поставщиков устройств), а Profinet в США управляется PI North America.

По состоянию на 2016 год промышленный Ethernet растет со скоростью 20 %[2] и занимает 38 % мирового рынка по сравнению с 34 % в прошлом году. Ethernet продолжает вытеснять другие сети, включая DeviceNet и Modbus. EtherNet/IP занимает первое место, за ним следует Profinet. Также кажется, что EtherNet/IP развивается немного быстрее, чем Profinet. В настоящее время на беспроводные технологии приходится 4% мирового рынка промышленных сетей.

Во всем мире Profibus остается крупнейшей установленной сетью и продолжает расти в Европе. Но у Profinet самые высокие темпы роста в Европе. Здесь, в США, сети CIP (Common Industrial Protocol) продолжают лидировать. EtherNet/IP является самым быстрорастущим и даже обогнал DeviceNet.

EtherNet/IP и Profinet — сравнение

Существует множество обзоров, сравнивающих эффективность сетей. Как и последние и лучшие в своем классе автомобильные обзоры, они, как правило, имеют некоторую предвзятость. Сначала мы попытались оценить некоторые достоверные данные. В цитируемом ниже исследовании [3] был сделан общий вывод о том, что все протоколы Ethernet работают надлежащим образом при пропускной способности 1 Гбит/с для взаимосвязанных систем реального времени. Однако при скорости 100 Мбит/с необходимо уделить особое внимание тому, чтобы протоколы на основе Ethernet соответствовали требованиям приложений (т. е. обратной связи на более высокой скорости, движению).

Что насчет детерминизма?

Детерминизм — ограничивающий фактор, который необходимо преодолеть[4]. Стандартный Ethernet, как известно, недетерминирован, а это означает, что мы не можем гарантировать, что сообщение будет доставлено в течение желаемого окна времени. Это был главный аргумент против Ethernet в течение многих лет (в области автоматизации). Сети Fieldbus, такие как Profibus и DeviceNet, значительно более детерминированы, чем EtherNet/IP или Profinet.

Однако прогресс технологии протокола побеждает. Что показали EtherNet/IP и Profinet, так это то, что скорость и детерминизм необходимо оценивать с учетом реальных требований приложения. Дискретный ввод-вывод, например, обычно требует реакции в течение 5-10 мс. Более высокие скорости и более требовательные приложения, такие как управление движением, требуют отклика в микросекундном диапазоне.

Согласно приведенному выше графику, системы, работающие со скоростью менее 1 мс, должны иметь очень небольшой потенциал детерминированного сбоя. Поскольку многие системы работают от 10 мс до 100 мс, системы на основе Ethernet более чем подходят для этой работы. Каждый протокол будет по-прежнему создавать более быстрый и детерминированный Ethernet.

Существует значительный интерес к развитию технологии Ethernet, и организации по стандартизации, такие как IEEE, поддерживают это дело.

В 1990 году IEEE ввел ряд стандартов (802) для сетей[5], включая специальные стандарты для Ethernet. Эта коллекция включает в себя основную работу рабочей группы Time Sensitive Network (TSN).Цель этой целевой группы — «предоставить спецификации, которые позволят синхронизировать по времени потоковые сервисы с малой задержкой через сети 802». С точки зрения непрофессионала, TSN устанавливает стандарты, которые повышают детерминированность протоколов Ethernet. Хотя группа TSN уделяет особое внимание аудиовизуальным требованиям, ее работа поддерживает IEEE 1588 — стандарт для протокола синхронизации точных часов для сетевых систем измерения и управления.

Согласно IEEE, 1588 "определяет протокол и чувствительные ко времени компоненты, обеспечивающие точную синхронизацию часов в распределенных системах". Протокол 1588 поддерживает точность синхронизации в масштабе всей системы в диапазоне субмикросекунд с минимальными вычислительными ресурсами сети и локальных часов. Технология, определенная стандартом IEEE 1588, в настоящее время используется в следующих отраслях: телекоммуникации, производство и распределение электроэнергии, промышленная автоматизация, робототехника, сбор данных, испытания и измерения.

Ethernet/IP может реализовать механизмы приоритета IEEE 802.1p, но на данный момент нет коммерчески доступных продуктов, полностью использующих TSN. Однако на конференции ODVA 2015[6] Пол Дидье из Cisco отметил, что эти продукты будут доступны в течение следующих двух лет.

EtherNet/IP использует для синхронизации CIPSync, что является ответом ODVA на стандарт IEEE 1588. Согласно ODVA, «CIP Sync™ соответствует стандарту IEEE-1588™ и обеспечивает точность синхронизации между двумя устройствами менее 100 наносекунд. Синхронизация в реальном времени может быть достигнута через обычные системы Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и архитектурой на основе коммутаторов».

Ethernet/IP и Profinet — заключение

Несмотря на недостатки самого Ethernet, любой сетевой протокол подходит для приложений автоматизации. Обе сети открыты и пользуются поддержкой обширных сообществ. Что еще более важно, на сегодняшний день их поддерживают две крупнейшие в мире компании по автоматизации. Есть пара заметных отличий:

Читайте также: