FUNDAMENTOS & APLICAÇÕES
O PROFINET é um protocolo baseado em Ethernet para conectar dispositivos de processo – sensores, atuadores e similares – aos sistemas de controle. A associação PROFIBUS e PROFINET International (PI) criaram este protocolo com ajuda de alguns fornecedores;
O protocolo está em conformidade com o padrão Ethernet IEEE 802 na IEC 61158 e IEC 61784. Isso significa que você pode ter uma impressora e um medidor de vazão na mesma rede. Lembrando que o PROFINET pode trabalhar com taxas de ciclo em sub-milissegundos;
TOPOLOGIA DE AUTOMAÇÃO COM PROFINET
Desenvolvida com foco em comunicação industrial, adota o padrão Ethernet, aumentando o escopo dos modelos de comunicação;
Disponibiliza comunicação em tempo real, determinismo, gerenciamento, integração com a web, segurança integrada e padrões wireless IEEE 802.11, suportando também demais tecnologias de TI.
PROXIS são conversores de protocolos, por exemplo, PROFINET para PROFIBUS DP, ou para HART, FF, etc.
FUNDAMENTOS & APLICAÇÕES
Basicamente, há dois tipos de redes PROFINET: PROFINET IO e PROFINET CBA;
O PROFINET IO é utilizado em aplicações em Tempo Real (RT);
O PROFINET CBA é utilizado em aplicações onde o tempo não é crítico, por exemplo, na conversão para rede PROFIBUS-DP.
MEIOS DE COMUNICAÇÃO
O PROFINET parte do modelo Open Systems Interconnection (OSI) de sete (7) camadas, simplificado para quatro layers:
- Ethernet = Camadas físicas e de enlace de dados;
- IP = Camada de rede;
- TCP ou User Datagram Protocol (UDP) = Camada de transporte;
- Outros protocolos = Camada de aplicação.
O PROFINET usa essas quatro camadas, mas nem sempre isso acontece. Um exemplo é o Real Time PROFINET, que ignora as camadas de rede e transporte. Isto torna a resposta muito mais rápida do que o modelo TCP/IP padrão.
O primeiro modelo é baseado na arquitetura TCP/IP pura, utilizando Ethernet nas camadas 1 e 2, o IP na camada 3 e o TCP ou UDP na camada 4. Essa arquitetura é chamada de Non-Real-Time, pois seu tempo de processamento se aproxima dos 100ms.
A grande aplicação desse tipo de comunicação é a de configuração da rede ou na comunicação com PROXIS, utilizando o PROFINET CBA.
O segundo modelo baseia-se no chamado Soft-Real-Time (SRT) e caracteriza-se por um canal direto entre a camada de Ethernet e aplicação;
Com a eliminação de vários níveis de protocolo, há a redução do comprimento dos telegramas transmitidos, requerendo menos tempo de transmissão de dados na rede. Neste caso, pode-se utilizar os dois tipos de PROFINET IO e CBA.
O terceiro modelo baseia-se no conceito de Isochronous Real Time (IRT), para aplicações em que o tempo de resposta é crítico e deve ser menor que 1ms;
Um exemplo típico de aplicação, neste caso, é o controle de movimento de robôs, onde o tempo de atualização de dados deve ser curto. Utiliza-se apenas o PROFINET IO para este caso.
Os MEIOS DE COMUNICAÇÃO possibilitam:
- Acesso a dispositivos de campo online e de forma direta;
- Manutenção e assistência técnica em qualquer lugar do mundo;
- Baixo custo para monitoração de dados de qualidade e produção.
PROFINET – COMPONENTES DE REDE
Um sistema PROFINET também possui componentes de rede, como switches e pontos de acesso wireless. Alguns componentes podem funcionar como dispositivos IO para diagnósticos aprimorados.
Para configurar dispositivos PROFINET também é preciso um arquivo General Station Description (GSD). Este arquivo GSD é fornecido pelos fabricantes e se assemelha aos arquivos usados no PROFIBUS. No entanto, é baseado em XML, chamado GSDML.
Após a configuração, o arquivo GSDML faz o download para o controlador, conectando-o aos dispositivos. Entradas e saídas fluem entre os dispositivos e o controlador como dados cíclicos. Outras informações, como dados de diagnóstico, são movidas como dados acíclicos.
O PROFINET combina as vantagens do padrão PROFIBUS, tais como a abertura e as opções flexíveis das redes Ethernet, topologias flexíveis, um cabo para todas as aplicações, acesso a redes sem fio e desempenho significativamente maior do sistema graças a mecanismos escaláveis.
PERFIS PROFINET
Os perfis PROFINET regulam o comportamento de equipamentos e sistemas de automação em relação a características como segurança funcional, tecnologia de acionamento e gerenciamento de energia;
Os perfis são desenvolvidos em grupos de trabalho de PROFIBUS e PROFINET International (PI), de modo a garantir a abertura, interoperabilidade e permutabilidade dos equipamentos.
PROFsafe
Descrição
PROFIsafe é um perfil de comunicação seguro e certificado para aplicações de segurança funcional com base em PROFIBUS e PROFINET. PROFIsafe descreve uma comunicação de dados segura com o objetivo de uma maior funcionalidade em aplicações de segurança funcional.
Simultaneamente, é reduzido o trabalho na instalação e alcançada a máxima interoperabilidade e permutabilidade de equipamentos com funções de segurança.
Aplicação
PROFIsafe está concebido de forma a permitir utilizar a infraestrutura de rede padrão de PROFINET para uma transmissão de dados segura. Desse modo, é possível a coexistência de tráfego de dados seguro e não seguro. Isto simplifica a estrutura de instalações e reduz os custos. Também é possível a transmissão de dados via WLAN.
O protocolo PROFIsafe pode ser utilizado em aplicações direcionadas para a segurança até SIL3 conforme IEC 61508 ou IEC 62061, categoria de segurança 4 conforme EN 954-1 ou PL e conforme ISO 13849-1.
PROFdrive
Descrição
PROFIdrive é o perfil padrão com estrutura modular para a tecnologia de acionamento com base em PROFIBUS e PROFINET. Ele descreve as características obrigatórias para acionamentos e encoders com o objetivo de interoperabilidade e permutabilidade de equipamentos em aplicações PROFIBUS e PROFINET;
Classes de Aplicação PROFIdrive
Devido às abrangentes opções de aplicação estão definidas seis classes de aplicação PROFIdrive, escalonadas conforme os conteúdos de função. Assim, um equipamento de acionamento pode suportar uma ou várias classes.
Classe de aplicação 1
Acionamento padrão com regulagem da rotação, p. ex., conversor de frequência
Classe de aplicação 2
Como classe de aplicação 1, mas com funcionalidades expandidas (funções tecnológicas)
Classe de aplicação 3
Servo acionamento com rotação, regulagem da posição e gerador de perfis, p. ex., acionamento de posicionamento de um eixo
Classe de aplicação 4/5
Servo acionamentos para controlo de movimento central com outros eixos (Motion Control, Computer Numeric Control – CNC, Robótica)
Classe de aplicação 6
Servo acionamentos para automação descentralizada (câmbio eletrônico, cames)
As classes de aplicação 1 a 3 podem ser realizadas com PROFINET RT. A partir da classe de aplicação 4 é impreterivelmente necessária a transmissão de dados isócrona com PROFINET IRT.
PROFenergy
Descrição
PROFIenergy é um perfil geral de equipamentos, concebido para as aplicações em áreas do gerenciamento de energia em instalações de produção.
Com base em PROFINET, PROFIenergy disponibiliza uma interface de equipamento permitindo controlar através de PROFInet o consumo de energia de máquinas e instalações com a ajuda de sistemas hierarquicamente superiores. Assim, o principal foco está no potencial de economia de energia em pausas e fases sem produção.
Base
A iniciativa para PROFIenergy teve origem na Iniciativa para Automação dos Fabricantes de Automóveis Alemães (AIDA) em que estão organizadas as empresas Audi, BMW, Mercedes, Porsche e VW. O grupo de trabalho fundado para este efeito pela Organização de Usuários PROFINET (PNO) publicou no fim de 2009 a especificação PROFIenergy. PROFIenergy será progressivamente implementado em equipamentos de automação modernos.
Aplicação
PROFIenergy utiliza os serviços acíclicos de PROFINET para a transmissão de comandos padronizados e adaptados para os seguintes casos de aplicação:
- Pausas curtas
- Pausas longas
- Pausas não planejadas
- Medir e visualizar o consumo de energia
COMPARATIVO PROFIBUS X PROFINET
A evolução tecnológica das redes industriais aliada ao crescimento das aplicações dessas tecnologias no ambiente de fábrica, através da adoção dos protocolos de comunicação, tem evidenciado a migração de tecnologias, que antes eram restritas ao mundo da TI (Tecnologia da Informação), para o ambiente da TA (Tecnologia da Automação). Hoje fala-se em convergência de TI e TA tanto em termos de tecnologia quanto de aplicação;
Com esta evolução e convergência, os protocolos PROFIBUS e PROFINET recebem maior espaço nas soluções de automação industrial, sendo este último uma realidade nos dias de hoje, uma vez que se trata de um protocolo aberto e baseado no padrão Ethernet.
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