Профинет

Профинет

Протокол связи
Цель	Ethernet в реальном времени для промышленной автоматизации
Разработчик(и)	PROFIBUS и PROFINET International
Введение	2003 ; 22 года назад ( 2003 )
На основе	Ethernet , Profibus
уровень OSI	Уровень приложений
Запрос(ы) предложений (RFC)	МЭК 61784-2, МЭК 61158

Profinet (обычно именуемый PROFINET , как сокращение от Process Field Net work) — это технический стандарт отрасли для передачи данных по промышленной сети Ethernet , разработанный для сбора данных и управления оборудованием в промышленных системах , с особой силой в доставке данных в условиях жестких временных ограничений. Стандарт поддерживается и поддерживается Profibus и Profinet International, зонтичной организацией со штаб-квартирой в Карлсруэ, Германия .

Profinet реализует интерфейс с периферийными устройствами . ^{[1] [2]} Он определяет связь с периферийными устройствами, подключенными к полевому интерфейсу. Его основой является каскадная концепция реального времени. Profinet определяет весь обмен данными между контроллерами (называемые «IO-контроллерами») и устройствами (называемые «IO-устройствами»), а также настройку параметров и диагностику. IO-контроллеры обычно представляют собой ПЛК , РСУ или IPC ; тогда как IO-устройства могут быть различными: блоки ввода-вывода, приводы, датчики или исполнительные механизмы. Протокол Profinet разработан для быстрого обмена данными между полевыми устройствами на базе Ethernet и следует модели поставщик-потребитель. ^[1] Полевые устройства в подчиненной линии Profibus могут быть бесшовно интегрированы в систему Profinet через IO-прокси (представитель подчиненной системы шин). ^[3]

Приложения с Profinet можно разделить в соответствии с международным стандартом IEC 61784-2 на четыре класса соответствия:

• В классе соответствия A (CC-A) сертифицированы только устройства. Для сетевой инфраструктуры достаточно сертификата производителя. Вот почему также можно использовать структурированную кабельную систему или беспроводную локальную сеть для мобильных абонентов. Типичные приложения можно найти в инфраструктуре (например, автомагистрали или железнодорожные туннели) или в автоматизации зданий .

• Класс соответствия B (CC-B) предусматривает, что сетевая инфраструктура также включает сертифицированные продукты и структурирована в соответствии с рекомендациями Profinet. Экранированные кабели повышают надежность, а коммутаторы с функциями управления облегчают диагностику сети и позволяют захватывать топологию сети по желанию для управления производственной линией или машиной. Автоматизация процессов требует повышенной доступности, которая может быть достигнута за счет избыточности среды и системы . Чтобы устройство соответствовало классу соответствия B, оно должно успешно взаимодействовать через Profinet, иметь два порта (встроенный коммутатор) и поддерживать SNMP .

• С Conformance Class C (CC-C) системы позиционирования могут быть реализованы с дополнительным резервированием полосы пропускания и синхронизацией приложений. Устройства Conformance Class C дополнительно взаимодействуют через Profinet IRT.

• Для Conformance Class D (CC-D) Profinet используется через Time-Sensitive Networking (TSN). Те же функции могут быть достигнуты, что и с CC-C. В отличие от CC-A и CC-B, полная связь (циклическая и ациклическая) между контроллером и устройством происходит на уровне Ethernet 2. Для этой цели был введен Remote Service Interface (RSI).

Система Profinet состоит из следующих устройств: ^{[1] : 3}

• Контроллер ввода-вывода , который управляет задачей автоматизации.
• IO -Device , представляющее собой полевое устройство, контролируемое и управляемое IO-Controller. IO-Device может состоять из нескольких модулей и подмодулей.
• IO -Supervisor — это программное обеспечение , обычно базирующееся на ПК, для настройки параметров и диагностики отдельных IO-устройств.

Минимальная Profinet IO-System состоит как минимум из одного IO-Controller, который управляет одним или несколькими IO-Devices. Кроме того, один или несколько IO-Supervisors могут быть опционально временно включены для проектирования IO-Devices, если это необходимо.

Если две IO-системы находятся в одной и той же IP-сети , IO-контроллеры также могут совместно использовать входной сигнал как общий вход, в котором они имеют доступ на чтение к одному и тому же подмодулю в IO-устройстве. ^{[1] : 3  [2]} Это упрощает объединение ПЛК с отдельным контроллером безопасности или управлением движением . Аналогично, все IO-устройство может совместно использоваться как общее устройство, ^{[1] : 11} , в котором отдельные подмодули IO-устройства назначаются разным IO-контроллерам.

Каждое устройство автоматизации с интерфейсом Ethernet может одновременно выполнять функции IO-контроллера и IO-устройства. Если контроллер для контроллера-партнера действует как IO-устройство и одновременно управляет его периферией как IO-контроллер, задачи между контроллерами могут быть скоординированы без дополнительных устройств.

Между контроллером ввода-вывода и устройством ввода-вывода устанавливается прикладное отношение (AR). Эти AR используются для определения коммуникационных отношений (CR) с различными характеристиками для передачи параметров, циклического обмена данными и обработки сигналов тревоги. ^{[1] : 4}

Проектирование ^{[1] : 5  [2]} системы ввода-вывода практически идентично Profibus с точки зрения «внешнего вида и ощущений»:

• Свойства IO-Device описываются производителем устройства в файле GSD (General Station Description). Для этого используется язык GSDML (GSD Markup Language) — язык на основе XML . Файл GSD служит инженерной средой в качестве основы для планирования конфигурации системы Profinet IO.
• Все полевые устройства Profinet определяют своих соседей. ^{[1] : 8} Это означает, что полевые устройства могут быть заменены в случае неисправности без дополнительных инструментов и предварительных знаний. Считывая эту информацию, топология установки может быть отображена графически для большей ясности.
• Проектирование может осуществляться с помощью таких инструментов, как PROFINET Commander ^[4] или PRONETA. ^[5]

Profinet также все чаще используется в критических приложениях. Всегда есть риск, что требуемые функции не могут быть выполнены. Этот риск может быть снижен с помощью специальных мер, определенных анализом надежности ^[6] . На переднем плане следующие цели:

1. Безопасность: Обеспечение функциональной безопасности. Система должна перейти в безопасное состояние в случае неисправности .
2. Доступность: Повышение доступности. В случае неисправности система должна по-прежнему иметь возможность выполнять минимально необходимые функции.
3. Безопасность: Информационная безопасность призвана обеспечить целостность системы.

Эти цели могут как мешать, так и дополнять друг друга.

Profisafe ^[7] определяет, как устройства, связанные с безопасностью ( кнопки аварийного останова , световые завесы, устройства предотвращения переполнения и т. д.), взаимодействуют с контроллерами безопасности через Profinet таким безопасным образом, чтобы их можно было использовать в задачах автоматизации, связанных с безопасностью, вплоть до уровня полноты безопасности 3 (SIL) согласно IEC 61508 , уровня производительности «e» (PL) согласно ISO 13849 или категории 4 согласно EN 954-1.

Profisafe реализует безопасную связь через профиль, ^[8] т. е. через специальный формат пользовательских данных и специальный протокол. Он разработан как отдельный слой поверх прикладного уровня полевой шины для снижения вероятности ошибок передачи данных. Сообщения Profisafe используют стандартные кабели и сообщения полевой шины. Они не зависят от механизмов обнаружения ошибок базовых каналов передачи и, таким образом, поддерживают защиту целых путей связи, включая объединительные платы внутри контроллеров или удаленный ввод-вывод . ^[9] Протокол Profisafe использует механизмы обнаружения ошибок и сбоев , такие как:

• Последовательная нумерация
• Мониторинг тайм-аута
• Аутентификация источника/назначения
• Циклический контроль избыточности (CRC)

и определен в стандарте IEC 61784-3-3.

Высокая доступность ^[10] является одним из важнейших требований промышленной автоматизации, как в автоматизации заводов, так и в автоматизации процессов. Доступность системы автоматизации может быть повышена путем добавления избыточности для критических элементов. Можно провести различие между избыточностью системы и среды.

Избыточность системы также может быть реализована с помощью Profinet для повышения доступности . В этом случае настраиваются два IO-контроллера, которые управляют одним и тем же IO-устройством. Активный IO-контроллер помечает свои выходные данные как основные. Выходные данные, которые не помечены, игнорируются IO-устройством в избыточной IO-системе. В случае ошибки второй IO-контроллер может, таким образом, взять под контроль все IO-устройства без прерывания, пометив свои выходные данные как основные. То, как два IO-контроллера синхронизируют свои задачи, не определено в Profinet и реализуется по-разному различными производителями, предлагающими избыточные системы управления.

Profinet предлагает два решения по избыточности среды. Протокол избыточности среды (MRP) позволяет создавать кольцевую топологию, независимую от протокола, со временем переключения менее 50 мс. Этого часто достаточно для стандартной связи в реальном времени с Profinet. Чтобы переключить избыточность в случае ошибки без задержки времени, необходимо использовать «Избыточность среды для планового дублирования» (MRPD) в качестве бесшовной концепции избыточности среды. В MRPD циклические данные в реальном времени передаются в обоих направлениях в кольцевой топологии. Временная метка в пакете данных позволяет получателю удалять избыточные дубликаты.

Концепция безопасности ИТ ^[11] для Profinet предполагает подход глубокой защиты ^[12] . При таком подходе производственный завод защищен от атак, особенно извне, многоуровневым периметром, включая брандмауэры. Кроме того, возможна дополнительная защита внутри завода путем разделения его на зоны с использованием брандмауэров . Кроме того, тест компонентов безопасности гарантирует, что компоненты Profinet устойчивы к перегрузкам в определенной степени. ^[13] Эта концепция поддерживается организационными мерами на производственном заводе в рамках системы управления безопасностью в соответствии с ISO 27001 .

Для плавного взаимодействия устройств, задействованных в решении по автоматизации, они должны соответствовать в своих основных функциях и услугах. Стандартизация достигается с помощью «профилей» ^[14] с обязательными спецификациями для функций и услуг. Возможные функции связи с Profinet ограничены, и предписаны дополнительные спецификации, касающиеся функции полевого устройства. Это могут быть свойства класса кросс-устройства, такие как поведение, относящееся к безопасности (общие профили приложений) или свойства, специфичные для класса устройства (специфические профили приложений). ^[15] Проводится различие между

• Профили устройств, например, для роботов, приводов (PROFIdrive), технологических устройств, энкодеров, насосов
• Отраслевые профили, например, для лабораторных технологий или рельсового транспорта
• Профили интеграции для интеграции подсистем, таких как системы IO-Link

PROFIdrive ^[16] — модульный профиль устройств для приводных устройств. Он был совместно разработан производителями и пользователями в 1990-х годах и с тех пор, совместно с Profibus , а с версии 4.0 и с Profinet, покрыл весь спектр от самых простых до самых требовательных приводных решений.

Другой профиль — PROFIenergy , который включает в себя услуги по мониторингу спроса на энергию в реальном времени. Это было запрошено в 2009 году группой AIDA немецких автопроизводителей ( Audi , BMW , Mercedes-Benz , Porsche и Volkswagen ), которые хотели иметь стандартизированный способ активного управления потреблением энергии на своих заводах. Высокоэнергетические устройства и подсистемы, такие как роботы, лазеры и даже покрасочные линии, являются целью этого профиля, который поможет сократить расходы на электроэнергию на заводе за счет разумного переключения устройств в «спящие» режимы с учетом перерывов в производстве, как предвиденных (например, выходные и остановки), так и непредвиденных (например, поломки).

Современные технологические устройства обладают собственным интеллектом и могут взять на себя часть обработки информации или общую функциональность в системах автоматизации. Для интеграции в систему Profinet ^{[17] [18]} требуется двухпроводной Ethernet в дополнение к повышенной доступности.

Профиль PA Devices ^[19] определяет для различных классов технологических устройств все функции и параметры, обычно используемые в технологических устройствах для потока сигнала от сигнала датчика от процесса до предварительно обработанного значения процесса, которое считывается в систему управления вместе со статусом измеренного значения. Профиль PA Devices содержит листы данных устройств для

1. Давление и перепад давления
2. Уровень, температура и скорость потока
3. Аналоговые и цифровые входы и выходы
4. Клапаны и приводы
5. Аналитическое оборудование

Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) ^[20] описывает физический уровень для технологии связи Ethernet, специально разработанной для нужд обрабатывающей промышленности. Разработка Ethernet-APL была обусловлена ​​необходимостью высокоскоростной связи и связи на больших расстояниях, подачи питания и сигналов связи по общему одножильному кабелю с витой парой (2-проводному), а также защитными мерами для безопасного использования во взрывоопасных зонах. Ethernet APL открывает возможность для Profinet быть включенным в технологические приборы.

Profinet использует следующие протоколы на разных уровнях ^{[2] : 15} модели OSI :

Уровни 1-2: В основном полнодуплексные с электрическими ( 100BASE-TX ) или оптическими ( 100BASE-FX ) 100 Мбит/с в соответствии с IEEE 802.3 рекомендуются ^[21] в качестве подключений устройств. Автокроссовер обязателен для всех подключений, чтобы можно было избежать использования кроссовых кабелей . Из IEEE 802.1Q используется VLAN с приоритетным тегированием. Таким образом, всем данным в реальном времени присваивается максимально возможный приоритет 6, и поэтому коммутатор пересылает их с минимальной задержкой.

Протокол Profinet может быть записан и отображен с помощью любого инструмента анализа Ethernet. Wireshark способен декодировать телеграммы Profinet.

Протокол обнаружения на уровне связи (LLDP) был расширен дополнительными параметрами, так что в дополнение к обнаружению соседей можно передавать время распространения сигналов на линиях связи.

Уровни 3-6: Для настройки соединения и ациклических служб используется либо протокол Remote Service Interface (RSI), либо протокол Remote Procedure Call (RPC). Протокол RPC используется через протокол User Datagram Protocol (UDP) и Internet Protocol (IP) с использованием IP-адресов . Протокол разрешения адресов (ARP) расширен для этой цели с обнаружением дубликатов IP-адресов. Протокол обнаружения и базовой конфигурации (DCP) является обязательным для назначения IP-адресов. При желании для этой цели также может использоваться протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). С протоколом RSI IP-адреса не используются. Таким образом, IP может использоваться в операционной системе полевого устройства для других протоколов, таких как OPC Unified Architecture (OPC UA).

Уровень 7: Для доступа к сервисам уровня приложений Fieldbus (FAL) определены различные протоколы ^[1] . Протокол RT (Real-Time) для приложений классов A и B с циклами в диапазоне от 1 до 10 мс. Протокол IRT (Isochronous Real-Time) для приложений класса C допускает циклы менее 1 мс для приложений приводной техники. Этого также можно достичь с помощью тех же сервисов через Time-Sensitive Networking (TSN).

Функциональные возможности Profinet IO реализованы с использованием различных технологий и протоколов:

Основная функция Profinet — циклический обмен данными между контроллером ввода-вывода как производителем и несколькими устройствами ввода-вывода как потребителями выходных данных, а также устройствами ввода-вывода как производителями и контроллером ввода-вывода как потребителем входных данных. ^[1] Каждое коммуникационное отношение IO data CR между контроллером ввода-вывода и устройством ввода-вывода определяет количество данных и время цикла.

Все устройства ввода-вывода Profinet должны поддерживать диагностику устройств и безопасную передачу сигналов тревоги через коммуникационное соединение для сигналов тревоги Alarm CR .

Кроме того, параметры устройства могут быть прочитаны и записаны с каждым устройством Profinet через ациклическое коммуникационное отношение Record Data CR . Набор данных для уникальной идентификации IO-устройства, Identification and Maintenance Data Set 0 (I&M 0), должен быть установлен всеми Profinet IO-устройствами. При желании, дополнительная информация может быть сохранена в стандартизированном формате как I&M 1-4.

Для данных в реальном времени (циклические данные и сигналы тревоги) телеграммы Profinet Real-Time (RT) передаются напрямую через Ethernet. Для передачи ациклических данных используется UDP/IP.

Application Relation (AR) устанавливается между IO-контроллером и каждым IO-устройством, которым необходимо управлять. Внутри AR определяются требуемые CR. Жизненный цикл Profinet AR состоит из разрешения адресов, установления соединения, параметризации, обмена данными IO процесса/обработки сигналов тревоги и завершения.

1. Разрешение адреса: Profinet IO-Device идентифицируется в сети Profinet по имени своей станции. ^{[примечание 1]} Установление соединения, параметризация и обработка сигналов тревоги реализуются с помощью протокола пользовательских датаграмм (UDP), который требует, чтобы устройству также был назначен IP-адрес . После идентификации устройства по имени его станции IO-Controller назначает устройству предварительно настроенный IP-адрес.
2. Установление соединения: Установление соединения начинается с того, что IO-контроллер отправляет запрос на соединение IO-устройству. Запрос на соединение устанавливает прикладную связь (AR), содержащую ряд коммуникационных связей (CR) между IO-контроллером и IO-устройством. ^[2] В дополнение к AR и CR запрос на соединение определяет модульную конфигурацию IO-устройства, макет кадров данных процесса IO, циклическую скорость обмена данными IO и сторожевой таймер . Подтверждение запроса на соединение IO-устройством позволяет выполнить параметризацию. С этого момента и далее IO-устройство и IO-контроллер начинают обмениваться циклическими кадрами данных процесса ввода-вывода. Кадры данных процесса ввода-вывода не содержат действительных данных в этой точке, но они начинают служить в качестве поддержания активности, чтобы предотвратить истечение срока действия сторожевого таймера.
3. Параметризация: IO-контроллер записывает данные параметризации в каждый подмодуль IO-устройства в соответствии с файлом языка описания общей станции (GSDML). После настройки всех подмодулей IO-контроллер подает сигнал о завершении параметризации. IO-устройство отвечает сигналом о готовности приложения, что позволяет начать обмен данными IO-процесса и обработку аварийных сигналов. ^[2]
4. Обмен данными процесса ввода-вывода/обработка сигналов тревоги: Устройство ввода-вывода, за которым следует контроллер ввода-вывода, начинают циклически обновлять допустимые данные процесса ввода-вывода . Контроллер ввода-вывода обрабатывает входы и управляет выходами устройства ввода-вывода. ^[2] Уведомления о сигналах тревоги ациклически передаются между контроллером ввода-вывода и устройством ввода-вывода по мере возникновения событий и сбоев. ^[1]
5. Завершение: соединение между IO-устройством и IO-контроллером завершается, когда истекает срок действия сторожевого таймера. ^[2] Истечение срока действия сторожевого таймера является результатом сбоя обновления циклических данных ввода-вывода процесса IO-контроллером или IO-устройством. ^[1] Если соединение не было намеренно завершено на IO-контроллере, IO-контроллер попытается перезапустить Profinet Application Relation.

Помимо основных функций класса A, устройства класса B должны поддерживать дополнительные функции. ^[1] Эти функции в первую очередь поддерживают ввод в эксплуатацию, эксплуатацию и обслуживание системы Profinet IO и предназначены для повышения доступности системы Profinet IO.

Поддержка сетевой диагностики с помощью протокола SNMP (Simple Network Management Protocol ) является обязательной. Аналогично, протокол обнаружения на уровне канала (LLDP) для обнаружения соседства, включая расширения для Profinet, должен поддерживаться всеми устройствами класса B. Это также включает сбор и предоставление статистики, связанной с портами Ethernet, для обслуживания сети. С помощью этих механизмов топология сети Profinet IO может быть считана в любое время, а состояние отдельных соединений может контролироваться. Если топология сети известна, автоматическая адресация узлов может быть активирована по их положению в топологии. Это значительно упрощает замену устройств во время обслуживания, поскольку не требуется выполнять дополнительные настройки.

Высокая доступность системы ввода-вывода особенно важна для приложений в области автоматизации процессов и проектирования процессов. По этой причине были определены специальные процедуры для устройств класса B с существующими связями и протоколами. Это обеспечивает избыточность системы с двумя контроллерами ввода-вывода, которые одновременно обращаются к одним и тем же устройствам ввода-вывода. Кроме того, существует предписанная процедура динамической реконфигурации (DR), как можно изменить конфигурацию устройства ввода-вывода с помощью этих избыточных связей без потери контроля над устройством ввода-вывода.

Для функциональности класса соответствия C (CC-C) в основном используется протокол изохронного реального времени ^{[1] (IRT).}

При резервировании полосы пропускания часть доступной полосы пропускания передачи в 100 Мбит/с резервируется исключительно для задач реального времени. Используется процедура, аналогичная методу временного мультиплексирования . Полоса пропускания делится на фиксированные времена цикла, которые в свою очередь делятся на фазы. Красная фаза зарезервирована исключительно для данных класса C реального времени , в оранжевой фазе передаются критичные по времени сообщения, а в зеленой фазе другие сообщения Ethernet прозрачно передаются. Чтобы гарантировать, что максимальное количество телеграмм Ethernet все еще может быть передано прозрачно, зеленая фаза должна быть длиной не менее 125 мкс. Таким образом, времена цикла менее 250 мкс невозможны в сочетании с неизменным Ethernet.

Для достижения более коротких циклов до 31,25 мкс телеграммы Ethernet зеленой фазы опционально разбиваются на фрагменты. Эти короткие фрагменты теперь передаются через зеленую фазу. Этот механизм фрагментации прозрачен для других участников Ethernet и, следовательно, не распознается.

Для реализации этих циклов шины для резервирования полосы пропускания требуется точная синхронизация часов всех участвующих устройств, включая коммутаторы, с максимальным отклонением 1 мкс. Эта синхронизация часов реализуется с помощью протокола точного времени (PTP) в соответствии со стандартом IEEE 1588-2008 (1588 V2) . Поэтому все устройства, участвующие в резервировании полосы пропускания, должны находиться в одной временной области.

Для приложений управления положением для нескольких осей или для процессов позиционирования в соответствии с профилем привода PROFIdrive ^[16] классов приложений 4 - 6 не только связь должна быть своевременной, но и действия различных приводов в Profinet должны быть также скоординированы и синхронизированы . Синхронизация часов прикладной программы с циклом шины позволяет реализовать функции управления, которые выполняются синхронно на распределенных устройствах.

Если несколько устройств Profinet соединены в линию ( цепочка ), можно дополнительно оптимизировать циклический обмен данными с помощью Dynamic Frame Packing (DFP). Для этого контроллер помещает все выходные данные для всех устройств в один кадр IRT. При прохождении кадра IRT каждое устройство извлекает данные, предназначенные для устройства, т. е. кадр IRT становится все короче и короче. Для данных от разных устройств к контроллеру кадр IRT динамически собирается. Высокая эффективность DFP заключается в том, что кадр IRT всегда настолько обширен, насколько это необходимо, и что данные от контроллера к устройствам могут передаваться в полном дуплексе одновременно с данными от устройств к контроллеру.

Класс D предлагает пользователю те же услуги, что и класс C, с той разницей, что эти услуги предоставляются с использованием механизмов чувствительных ко времени сетей (TSN), определенных IEEE.

Интерфейс удаленного обслуживания (RSI) используется в качестве замены набора протоколов Интернета . Таким образом, этот класс приложений D реализуется независимо от IP-адресов . Стек протоколов будет меньше и независим от будущих версий Интернета ( IPv6 ).

TSN не является последовательным, самодостаточным определением протокола, а представляет собой набор различных протоколов с различными характеристиками, которые могут быть объединены практически произвольно для каждого приложения. Для использования в промышленной автоматизации подмножество составлено в стандарте IEC/IEEE 60802 "Joint Profile TSN for Industrial Automation". Подмножество используется в спецификации Profinet версии 2.4 для реализации класса D. ^[22]

В данной спецификации проводится различие между двумя приложениями:

• Изохронный , циклический обмен данными с коротким, ограниченным временем задержки (изохронный циклический обмен данными в реальном времени) для приложений в области управления движением и распределенной технологии управления
• Циклический обмен данными с ограниченным временем задержки (циклическое реальное время) для общих задач автоматизации

Для изохронного обмена данными часы участников должны быть синхронизированы. Для этого соответствующим образом адаптированы спецификации протокола точного времени согласно IEC 61588 для синхронизации времени с TSN ^{[23] .}

Телеграммы располагаются в очередях в соответствии с приоритетами, указанными в теге VLAN . Time-Aware Shaper (TAS) ^[24] теперь определяет тактовый импульс, с которым отдельные очереди обрабатываются в коммутаторе. Это приводит к процедуре временного интервала, где изохронные циклические данные передаются с наивысшим приоритетом, циклические данные со вторым приоритетом перед всеми ациклическими данными. Это уменьшает время задержки , а также джиттер для циклических данных. Если телеграмма данных с низким приоритетом длится слишком долго, она может быть прервана циклической телеграммой данных с высоким приоритетом и передана дальше после этого. Эта процедура называется Frame Preemption ^[25] и является обязательной для CC-D.

Для реализации ^[26] интерфейса Profinet в качестве контроллера или устройства не требуется дополнительных требований к оборудованию для Profinet (CC-A и CC-B), которые не могут быть удовлетворены обычным интерфейсом Ethernet ( 100BASE-TX или 100BASE-FX ). Для обеспечения более простой топологии линии рекомендуется установка коммутатора с 2 портами в устройстве.

Для реализации устройств класса C (CC-C) требуется расширение оборудования с синхронизацией времени с протоколом точного времени (PTP) и функционалом резервирования полосы пропускания. Для устройств класса D (CC-D) оборудование должно поддерживать требуемые функциональные возможности Time-Sensitive Networking (TSN) в соответствии со стандартами IEEE .

Метод реализации ^[27] зависит от конструкции и производительности устройства и ожидаемых количеств. Альтернативы:

• Разработка собственными силами ^[28] или с поставщиком услуг
• Использование готовых строительных блоков или индивидуального проектирования
• Исполнение в виде фиксированной конструкции ASIC , реконфигурируемой в технологии FPGA , в виде подключаемого модуля или программного компонента.

На общем собрании организации пользователей Profibus в 2000 году состоялись первые конкретные обсуждения преемника Profibus на базе Ethernet . Всего год спустя была опубликована и представлена ​​на Ганноверской ярмарке первая спецификация Component Based Automation (CBA). В 2002 году Profinet CBA стал частью международного стандарта IEC 61158 / IEC 61784 -1.

Система Profinet CBA ^[29] состоит из различных компонентов автоматизации. Один компонент включает все механические, электрические и информационные технологические переменные. Компонент может быть создан с помощью обычных инструментов программирования. Для описания компонента создается файл описания компонента Profinet (PCD) в формате XML . Инструмент планирования загружает эти описания и позволяет создавать логические связи между отдельными компонентами для реализации завода.

Основная идея Profinet CBA заключалась в том, что во многих случаях можно разделить всю систему автоматизации на автономно работающие и, следовательно, управляемые подсистемы. Структура и функциональность могут быть найдены на нескольких заводах в идентичной или слегка измененной форме. Такие так называемые компоненты Profinet обычно управляются управляемым числом входных сигналов. Внутри компонента управляющая программа, написанная пользователем, выполняет требуемую функциональность и отправляет соответствующие выходные сигналы другому контроллеру. Связь компонентной системы планируется, а не программируется. Связь с Profinet CBA была пригодна для времени цикла шины приблизительно от 50 до 100 мс.

Отдельные системы показывают, как эти концепции могут быть успешно реализованы в приложении. Однако Profinet CBA не находит ожидаемого признания на рынке и больше не будет включен в стандарт IEC 61784-1 с 4-го издания 2014 года.

В 2003 году была опубликована первая спецификация Profinet IO (IO = Input Output). Интерфейс приложений Profibus DP (DP = Decentralized Periphery), который имел успех на рынке, был принят и дополнен текущими протоколами из Интернета. В следующем году следует расширение с изохронной передачей, что делает Profinet IO пригодным для приложений управления движением. Profisafe адаптирован таким образом, чтобы его можно было использовать и через Profinet. С четким обязательством AIDA ^[30] Profinet в 2004 году дается принятие на рынке. В 2006 году Profinet IO становится частью международного стандарта IEC 61158 / IEC 61784 -2.

В 2007 году, согласно нейтральному подсчету, уже было установлено 1 миллион устройств Profinet, в следующем году это число удваивается до 2 миллионов. К 2019 году сообщается о 26 миллионах ^[31] проданных различными производителями устройств.

В 2019 году спецификация Profinet была дополнена технологией Time-Sensitive Networking (TSN) ^[32] , тем самым введя класс соответствия CC-D.

• Пауэлл, Джеймс; Ванделинде, Генри. Catching the Process Fieldbus: Введение в Profibus и Profinet. PI North America, скачать бесплатно.

• Попп, Манфред (2015). Промышленная связь с PROFINET. PROFIBUS Nutzerorganisation eV (PNO). Номер заказа: 4.182.

• Xiu, Ji (2019-07-12). PROFINET на практике: установка, обслуживание, проектирование и системное проектирование . Независимо опубликовано. ISBN 978-1-07707-721-8.

• Пиган, Раймонд; Меттер, Марк (2008-12-03). Автоматизация с PROFINET: Промышленная связь на основе промышленного Ethernet . Публикация. ISBN 978-3-89578-294-7.

• PROFIBUS и PROFINET International (ПИ)
• Страница технологии PROFINET
• PROFIBUS Международный
• Веб-портал PROFIsafe
• Университет PROFINET
• Wireshark PROFINET Wiki
• Стек сообщества PROFINET
• p-net — стек устройств PROFINET с открытым исходным кодом