Кіріспе
Profinet (көбінесе PROFINET деп жазылады, Process Field Network сөздерінің қосындысы) – өнеркәсіптік Ethernet желісі арқылы деректерді тасымалдауға арналған өнеркәсіптік техникалық стандарт. Ол өнеркәсіптік жүйелердегі жабдықтардан деректерді жинау және басқару үшін жасалған, әсіресе қатаң уақыт талаптарында деректерді жеткізуде тиімді. Стандартты сақтау және қолдауды Profibus және Profinet International ұйымы жүзеге асырады, оның бас кеңсесі Германияның Карлсруэ қаласында орналасқан.
Profinet (usually styled as PROFINET, as a portmanteau for Process Field Network) is an industry technical standard for data communication over Industrial Ethernet, designed for collecting data from, and controlling equipment in industrial systems, with a particular strength in delivering data under tight time constraints. The standard is maintained and supported by Profibus and Profinet International, an umbrella organization headquartered in Karlsruhe, Germany.
Шолу
Profinet перифериялық құрылғылармен байланысты қамтамасыз етеді.
Құрылғының түрлері
Profinet жүйесі мына құрылғылардан тұрады: немесе PRONETA.
Сенімділік
Сонымен қатар, Profinet жиі маңызды қолданыстарда қолданылады. Қажетті функциялар орындалмауының қаупі әрқашан бар. Сенімділік талдауларымен анықталған нақты шаралар арқылы осы қауіпті азайтуға болады. Келесі мақсаттар басты назарда:
Қауіпсіздік: Функционалдық қауіпсіздікті қамтамасыз ету. Жүйе, егер ақаулық туындаса, қауіпсіз жағдайға көшуі керек. Жұмысқа қолжетімділік: Жұмысқа қолжетімділікті арттыру. Ақаулық болған жағдайда, жүйе қажетті ең төменгі функцияны орындауға қабілетті болуы тиіс. Қауіпсіздік: Ақпараттық қауіпсіздік жүйенің толықтығын қамтамасыз етуге бағытталған. Бұл мақсаттар бір-бірімен қақтығысуы немесе толықтыруы мүмкін.
Safety: Ensuring functional safety. The system should go into a safe state in the event of a fault. Availability: Increasing the availability. In the event of a fault, the system should still be able to perform the minimum required function. Security: Information security is to ensure the integrity of the system. These goals can interfere with or complement each other.
Қолжетімділіктің артуы
Жоғары қолжетімділік – өндірістік автоматтандырудағы ең маңызды талаптардың бірі, фабрикалық және процестік автоматтандыруда да. Автоматтандыру жүйесінің қолжетімділігін маңызды элементтерге қосымша резервтік жүйелер орнату арқылы арттыруға болады. Жүйелік және байланыс арнасының резервтілігін ажыратуға болады.
Жүйенің артықшылығы
Қолжетімділікті арттыру үшін Profinet арқылы жүйелік резервтеуді де іске асыруға болады. Бұл жағдайда, бір IO құрылғысын басқаратын екі IO контроллері конфигурацияланады. Активті IO контроллері өзінің шығыс деректерін біріншілік деп белгілейді. Белгіленбеген шығыс деректері резервтік IO жүйесіндегі IO құрылғысымен қарастырылмайды. Қате пайда болған жағдайда, екінші IO контроллері өзінің шығыс деректерін біріншілік деп белгілеп, барлық IO құрылғыларын үзіліссіз басқаруға көше алады. Екі IO контроллерінің өз жұмыстарын қалай синхрондауы Profinet стандартында белгіленбеген және резервтік басқару жүйелерін ұсынатын әртүрлі өндірушілер тарапынан әртүрлі жолдармен іске асырылады.
Медиа-редонданстық
Profinet екі медиа-редонданстық шешімін ұсынады. Медиа-редонданстық протоколы (MRP) 50 мс-ден кем ауысу уақыты бар протоколға тәуелсіз сақина топологиясын құруға мүмкіндік береді. Бұл көбінесе Profinet арқылы стандартты нақты уақыт байланысы үшін жеткілікті. Егер қате туындаса, кез келген уақытты жоғалтпай артықшылыққа ауысу үшін "Жоспарланған дубликация үшін медиалық артықшылық" (MRPD) үздіксіз медиалық артықшылық концепциясы ретінде қолданылуы керек. MRPD-де циклдық нақты уақыт деректері сақина тәрізді топологияда екі бағытта беріледі. Деректер пакетіндегі уақыт белгісі қабылдаушыға артық көшірмелерді жоюға мүмкіндік береді.
Қауіпсіздік
Profinet-тің Ақпараттық технологиялар қауіпсіздігі тұжырымдамасы қорғаныстың тереңдеу принципін негізге алады. Бұл тәсіл бойынша өндіріс орны шабуылдардан, әсіресе сыртқы шабуылдардан, көп деңгейлі периметр арқылы қорғалады, оның ішінде өрт қабырғалары да бар. Сонымен қатар, өрт қабырғаларын пайдалану арқылы өндіріс орнын аймақтарға бөлу арқылы қосымша қорғау мүмкіндігі қарастырылған. Бұған қоса, қауіпсіздік компоненттерін тексеру Profinet компоненттерінің белгілі бір деңгейде жүктемеге төзімділігін қамтамасыз етеді. Бұл тұжырымдама ISO 27001 стандартына сәйкес қауіпсіздікті басқару жүйесі аясында өндіріс орнындағы ұйымдық шаралармен қолдау көрсетіледі.
Дисктер
PROFIdrive – жетек құрылғылары үшін модульдік құрылғы профилі. Ол 1990-шы жылдары өндірушілер мен пайдаланушылар бірлесіп әзірледі және содан бері Profibus пен, 4.0 нұсқасынан бастап Profinet-пен қатар, ең қарапайымнан ең күрделі жетек шешімдеріне дейінгі барлық спектрді қамтиды.
Энергия
Тағы бір профиль – энергия сұранысын нақты уақыт режимінде бақылауға арналған қызметтерді қамтитын PROFIenergy. Бұл туралы 2009 жылы неміс автомобиль өндірушілерінің AIDA тобы (Audi, BMW, Mercedes Benz, Porsche және Volkswagen) өз зауыттарында энергияны белсенді басқарудың біркелкі стандартталған тәсілін қалаған. Бұл профиль роботтар, лазерлер және тіпті бояу желілері сияқты көп энергия тұтынатын құрылғылар мен қосалқы жүйелерге бағытталған. Олар өндірістің жоспарланған (мысалы, демалыс күндері мен тоқтатулар) және жоспарланбаған (мысалы, бұзылулар) үзілістерін ескере отырып, құрылғыларды «күту» режиміне интеллектуалды түрде ауыстыру арқылы зауыттың энергия шығындарын азайтуға көмектеседі.
Процестерді автоматтандыру
Қазіргі заманғы процестік құрылғылар өздігінен жұмыс істей алады және автоматтандыру жүйелерінде ақпаратты өңдеудің бір бөлігін немесе толық функционалдықты өз мойнына алуға қабілетті. Profinet жүйесімен интеграция үшін, арттырылған сенімділікпен қатар, екі сымды Ethernet желісі қажет.
Жоғары физикалық қабат
Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) – процестік өнеркәсіптердің қажеттіліктері үшін әсіресе дамытылған Ethernet коммуникациялық технологиясының физикалық қабатын сипаттайды. Ethernet APL-нің дамуы жоғары жылдамдықпен және ұзақ қашықтықта байланыс қажеттілігімен, қуатты және коммуникация сигналдарын жалғыз, бұрылған жұп (2 сымды) кабель арқылы берумен, сондай-ақ жарылыс қаупі бар аймақтарда қауіпсіз пайдалану үшін қауіпсіздік шараларымен анықталды. Ethernet APL процестік аспаптарға Profinet-ті қосу мүмкіндігін ашады.
Тарих
2000 жылы Profibus пайдаланушылар ұйымының жалпы жиналысында Ethernet негізінде құрылған Profibus-тың ізбасары туралы алғашқы нақты талқылаулар өтті. Бір жыл өткен соң, Компоненттік негіздегі автоматтандырудың (CBA) алғашқы спецификациясы жарияланып, Ганновер жәрмеңкесінде таныстырылды. 2002 жылы Profinet CBA халықаралық IEC 61158 / IEC 61784 стандартының құрамына енді. Profinet CBA жүйесі әртүрлі автоматтандыру компоненттерінен тұрады. Бір компоненттің құрамына барлық механикалық, электрлік және ақпараттық технологиялардың айнымалылары кіреді. Компонент әдеттегі бағдарламалау құралдарымен жасалған болуы мүмкін. Компонентті сипаттау үшін Profinet Component Description (PCD) файлы XML форматында құрылады. Жоспарлау құралы осы сипаттамаларды жүктеп алады және өсімдікті іске асыру үшін жеке компоненттер арасындағы логикалық байланыстарды құруға мүмкіндік береді. Profinet CBA-ның негізгі идеясы – көптеген жағдайларда толық автоматтандыру жүйесін автономды жұмыс істейтін, демек басқарылатын кіші жүйелерге бөлуге болады. Мұндай жүйелердің құрылымы мен функционалдығы бірнеше өсімдіктерде бірдей немесе сәл өзгертілген күйде кездесуі мүмкін. Мұндай Profinet компоненттері көбінесе басқарылатын мөлшердегі кіріс сигналдарымен басқарылады. Компонент ішінде пайдаланушы жазған басқару бағдарламасы қажетті функцияларды орындайды және тиісті шығыс сигналдарын басқа контроллерге жібереді. Компоненттік жүйенің байланысы бағдарламалаудың орнына жоспарлау арқылы жүзеге асырылады. Profinet CBA байланысы шамамен 50-100 мс циклдік уақыттарға сәйкес келеді. Жеке жүйелер осы концепциялардың қолдануда қалай табысты жүзеге асырылатынын көрсетеді. Алайда, Profinet CBA нарықта күтілгендей қабылдауға ие болмады және 2014 жылғы 4-ші басылымнан бастап IEC 61784 1 стандартында енгізілмейді. 2003 жылы Profinet IO (IO = Кіріс-Шығыс) спецификациясының алғашқы нұсқасы жарияланды. Нарықта сәтті болған Profibus DP (DP = Орталықтандырылмаған Периферия) интерфейсі қабылданды және қазіргі интернет-протоколдарымен толықтырылды. Келесі жылы изохронды беріліспен кеңейту жүзеге асырылды, бұл Profinet IO-ны қозғалыс басқару қолданбалары үшін қолайлы етеді. Profisafe Profinet арқылы да қолдануға бейімделді. 2004 жылы AIDA-ның Profinet-ке берген нақты міндеттемесі нарықтағы қабылдауға ықпал етті. 2006 жылы Profinet IO халықаралық IEC 61158 / IEC 61784 стандартының бөлігіне айналды. 2007 жылы бейтарап есептеулерге сәйкес, 1 миллион Profinet құрылғысы орнатылды, ал келесі жылы бұл көрсеткіш 2 миллионға дейін екі есеге өсті. 2019 жылға қарай әртүрлі өндірушілердің сатқан 26 миллион құрылғысы тіркелді. 2019 жылы Profinet спецификациясы Time Sensitive Networking (TSN) технологиясымен толықтырылды, осылайша CC D сәйкестік класы енгізілді.