ProfiNet คืออะไร : สถาปัตยกรรม การทำงาน ประเภท & การใช้งาน

เทคโนโลยี Profinet ได้รับการพัฒนาและเผยแพร่โดย PROFIBUS & PROFINET International ในช่วงต้นปี 2000 PROFINET เป็นโซลูชันอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมที่เป็นนวัตกรรมและมาตรฐานแบบเปิดที่ใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างตัวควบคุมและอุปกรณ์ใน ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม . แนวคิด PROFINET ตอบสนองความต้องการด้านเทคโนโลยีระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมทั้งหมดโดยใช้มาตรฐานไอที เช่น TCP/IP และ XML สำหรับการสื่อสาร การกำหนดค่า และการวินิจฉัยอุปกรณ์/เครื่องจักรภาคสนาม ดังนั้นจึงเป็นโซลูชันอีเทอร์เน็ตสำหรับอุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับอย่างดี ดังนั้น บทความนี้ให้ข้อมูลสั้น ๆ เกี่ยวกับ Profibus – การทำงานกับแอปพลิเคชัน

Profinet คืออะไร?

PROFINET (โปรเซสฟิลด์เน็ต) เป็นมาตรฐานการสื่อสารอุตสาหกรรมตามมาตรฐานสากลที่ออกแบบมาเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์และตัวควบคุมในระบบควบคุมอุตสาหกรรม ในที่นี้ ตัวควบคุมคือ PLC,  PAC หรือ DCS ในขณะที่อุปกรณ์ต่างๆ ได้แก่ ระบบวิชันซิสเต็ม, บล็อก I/O, เครื่องอ่าน RFID, เครื่องมือในกระบวนการ, ไดรฟ์, พร็อกซี่ ฯลฯ เนื่องจากเป็นมาตรฐานเปิด ผู้ผลิตจำนวนมากจึงได้ออกแบบผลิตภัณฑ์ PROFINET เช่น PAC PLC, หุ่นยนต์, ไดรฟ์, IO, พร็อกซี่ & เครื่องมือวินิจฉัย

โดยใช้มาตรฐานการสื่อสารอุตสาหกรรมนี้ เราสามารถเชื่อมต่อ HMI, PLC , I/O แบบกระจาย, a เซ็นเซอร์ , แตกต่าง เครื่องส่งสัญญาณ , VFD และแอคทูเอเตอร์ในเครือข่ายเดียว Profinet ให้เวลาตอบสนองที่รวดเร็วขึ้น ดังนั้นการรวบรวมข้อมูลจะดียิ่งขึ้นไปอีก

Industrial Profinet สามารถใช้ได้กับการป้องกันซึ่งให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าภายในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า ในการระบุอุปกรณ์ Profinet ควรกำหนดโดยชื่ออุปกรณ์ที่มีที่อยู่ IP อุปกรณ์ทุกเครื่องในเครือข่ายควรได้รับการจัดสรรตามที่อยู่ IP เพื่อสื่อสาร Profinet ใช้เป็น I/O ระยะไกลที่คล้ายกับ Profibus-DP เพื่อให้การสื่อสารรวดเร็วมาก

ในเครือข่ายที่ใหญ่กว่า สวิตช์เครือข่ายใช้สำหรับเชื่อมต่อ Profinet เพื่อการกระจายอย่างง่าย อุปกรณ์ของ profinet ถูกระบุผ่านที่อยู่ IP ที่ถูกต้อง ตัวอย่างเช่น หากอุปกรณ์ profinet มีที่อยู่ IP 191.127.0.20 โดยที่ตัวเลขสามหลักแรกประกอบด้วยข้อมูลเครือข่าย และหลักสุดท้ายคือหมายเลขอุปกรณ์

สถาปัตยกรรม ProfiNet

PROFINET เป็นโปรโตคอลการสื่อสารที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างตัวควบคุมและอุปกรณ์ภายในการตั้งค่าอัตโนมัติเป็นหลัก ดังนั้นจึงเป็นโซลูชันอีเทอร์เน็ตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เนื่องจาก PROFINET เป็นมาตรฐานเปิด ผู้ผลิตจำนวนหนึ่งจึงได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ต่างๆ ของ PROFINET เช่น PLC, Robots, PACs, Proxies, IOs, เครื่องมือวินิจฉัย, ไดรฟ์ เป็นต้น
PROFINET กำหนดการสื่อสารแบบวนซ้ำและแบบวนซ้ำระหว่างส่วนประกอบต่างๆ เช่น การวินิจฉัย การเตือน ความปลอดภัยในการใช้งาน และข้อมูลเพิ่มเติม ดังนั้น PROFINET จึงใช้อีเทอร์เน็ตมาตรฐานเป็นสื่อในการสื่อสารในการเชื่อมต่อส่วนประกอบเหล่านี้

ส่วนประกอบ PROFINET ในเครือข่ายเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลอีเทอร์เน็ต และอนุญาตให้ใช้โปรโตคอลอีเทอร์เน็ตอื่นๆ ในการอยู่ร่วมกันในโครงสร้างพื้นฐานที่คล้ายคลึงกัน นอกจาก PROFINET แล้ว คุณยังสามารถใช้โปรโตคอลอื่นที่ใช้อีเทอร์เน็ตเพื่อสร้างสมดุลให้กับเครือข่าย เช่น SNMP, OPC UA, HTTP หรือ MQTT
สถาปัตยกรรม ProfiNet อิงตาม ISO/ OSI รุ่น แสดงอยู่ด้านล่าง PROFINET อยู่ที่ 7 เลเยอร์ของโหมด ISO/OSI ซึ่งเป็นเลเยอร์แอปพลิเคชัน โดยทั่วไป โมเดล ISO/OSI เจ็ดเลเยอร์นี้จะกำหนดเลเยอร์นามธรรมของระบบสื่อสาร

ProfiNet ทำงาน

ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมมักต้องการการสื่อสารที่รวดเร็วและกำหนดไว้ซึ่งหมายถึงการส่งข้อความอย่างแม่นยำเมื่อคาดหวัง ดังนั้น PROFINET ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าข้อความถูกส่งด้วยความเร็วที่เหมาะสมและการกำหนดตามงาน แต่ไม่ใช่ทุกแอปพลิเคชันที่ต้องการประสิทธิภาพที่คล้ายคลึงกัน

PROFINET ส่งข้อมูลโดยใช้ช่องทางการสื่อสารที่แตกต่างกันตามที่แสดงในสถาปัตยกรรมด้านบนเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพที่เหมาะสมเช่น TCP/IP หรือ UDP/IP, RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time) และ TSN (Time Sensitive Networking)

PROFINET ใช้ TCP/IP หรือการสื่อสาร UDP/IP โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับงานที่สำคัญที่ไม่เป็นเวลา เช่น การกำหนดค่าและการกำหนดพารามิเตอร์ เนื่องจากเวลาแฝงและความกระวนกระวายใจเพิ่มเติมที่เชื่อมต่อกับการสื่อสารตาม IP เทคนิคนี้จึงไม่เหมาะสมสำหรับงานที่สำคัญด้านเวลา

PROFINET ใช้ช่อง RT เพื่อส่งข้อมูลด้วยวิธีที่รวดเร็วและกำหนดได้ชัดเจนเพื่อใช้ในแอปพลิเคชันตามเวลาวิกฤต PROFINET RT ตอบสนองความจำเป็นของแอปพลิเคชันที่สำคัญด้านเวลาส่วนใหญ่ ดังนั้นประสิทธิภาพโดยรวมจึงขึ้นอยู่กับการออกแบบของเครือข่ายเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม คุณสามารถบรรลุรอบเวลาได้ตั้งแต่ 250 µs – 512 ms ดังนั้น คุณไม่จำเป็นต้องมีการกำหนดค่าพิเศษหรือฮาร์ดแวร์เพื่อใช้กลไกแบบเรียลไทม์ของ PROFINET เนื่องจากผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของ PROFINET มีความสามารถนี้

PROFINET IRT ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อลดความล่าช้าของข้อมูลที่เปลี่ยนแปลงได้โดยการเพิ่มกฎที่ใช้ในการสลับทราฟฟิกอีเทอร์เน็ตและสร้างกฎพิเศษสำหรับการรับส่งข้อมูลของ PROFINET IRT นี้เป็นทางเลือกและจำเป็นเฉพาะในแอปพลิเคชันที่มีประสิทธิภาพสูงเท่านั้น เช่น แท่นพิมพ์และเครื่องบรรจุ

ข้อมูลจำเพาะ PROFINET ล่าสุด V2.4 เปิดตัวช่องทางการสื่อสารที่สี่เช่น PROFINET ผ่าน TSN นี่คือเทคโนโลยีใหม่ที่อยู่บนชั้นดาต้าลิงค์ในแบบจำลอง ISO/OSI เป็นชุดของมาตรฐาน IEEE 802 ที่ใช้ในการกำหนดอีเทอร์เน็ตตามค่าเริ่มต้น มาตรฐาน IEEE บางส่วน ได้แก่ IEEE 802.1AS, IEEE 802.1-2018, IEEE 802.1Q-2018, IEEE 802.1CB และ IEEE 802.1Q-2018

ประเภท ProfiNet

Profinets มีให้เลือกสองประเภทตามสายเคเบิลที่ใช้เช่นสายทองแดงและ สายเคเบิลใยแก้วนำแสง

สายทองแดง Profinet

นี่คือสายเคเบิลหุ้มฉนวนสีเขียวและ 4 สาย และรองรับ Fast Ethernet สูงสุด 100 Mbps ที่ระยะ 100 เมตร ด้วยการใช้สายเคเบิลนี้ การส่งข้อมูลแบบฟูลดูเพล็กซ์ทำได้สำเร็จ ซึ่งหมายความว่าข้อมูลจะถูกส่งไปในสองทิศทางพร้อมกัน นอกจากนี้ สำหรับอัตราการส่งข้อมูล 1 Gbps จะใช้สายทองแดง 8 คอร์

สายทองแดง PROFINET มีให้เลือก 4 ประเภท ได้แก่ Type-A, Type-B, Type-R และ Type-C

• สายทองแดง Type-A ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการติดตั้งแบบตายตัว
• สายเคเบิลทองแดง Type-B ใช้ในกรณีที่มีการงอ สายเคเบิลประเภทนี้สามารถต้านทานการสั่นสะเทือนหรือการเคลื่อนไหวเป็นครั้งคราว
• สายเคเบิลทองแดง Type-R ใช้ในการใช้งานหุ่นยนต์
• สายเคเบิลทองแดง Type C ใช้ในการใช้งานเฉพาะและสามารถต้านทานการเคลื่อนไหวตลอดจนสภาพแวดล้อมแบบไดนามิก เช่น เครื่องโรตารี่
• สายเคเบิลทองแดงอื่นๆ ยังมีอยู่เช่น สายเคเบิลต่อท้ายที่ใช้สำหรับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว สายเคเบิลฝังที่ใช้ในการสื่อสารใต้ดิน และสายเคเบิลทนไฟที่ไม่กัดกร่อนซึ่งใช้สำหรับป้องกันอัคคีภัย

สายไฟเบอร์ออปติก Profinet

สายเคเบิลเหล่านี้ใช้สายคู่ขนานสองเส้นซึ่งใช้สำหรับประกอบขั้วต่อโดยตรง สายเคเบิลประเภทนี้มีความเร็วสูงสุด 100 Mbit/s และการสื่อสารแบบฟูลดูเพล็กซ์

สายเคเบิลประเภทนี้มีประโยชน์มากมาย เช่น สามารถครอบคลุมระยะทางหลายกิโลเมตร และให้การแยกไฟฟ้าทั้งหมดระหว่างบริเวณโรงงาน นอกจากนี้ สายเคเบิลเหล่านี้ยังทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย สายเคเบิลเหล่านี้มีให้เลือกสองประเภทคือ Type B และ Type C โดยที่สายเคเบิลประเภท B ใช้สำหรับการใช้งานที่ยืดหยุ่นหรืออยู่กับที่ และสายเคเบิล Type C ใช้สำหรับการใช้งานพิเศษ เช่น การสั่น การเคลื่อนที่ถาวร เป็นต้น

ProfiNet Vs อีเธอร์เน็ต

ดิ ความแตกต่างระหว่าง Profinet และ Ethernet มีการกล่าวถึงด้านล่าง

ProfiNet กับ Profibus

ดิ ความแตกต่างระหว่าง Profinet และ Profibus มีการกล่าวถึงด้านล่าง

ตัวเชื่อมต่อ Profinet

Profinet Connectors ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการสิ้นสุดของสายเคเบิลแบบ Profinet ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้ได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากสามารถจ่ายได้และใช้งานง่าย ดังนั้นสิ่งเหล่านี้จึงเป็นมิตรกับผู้ใช้ เชื่อมต่ออย่างรวดเร็ว ให้ประสิทธิภาพสูง โครงสร้างของพวกเขาแข็งแกร่ง ทนต่อแรงกระแทก และไม่ต้องบำรุงรักษา

ProfiNet โทโพโลยี

ในการออกแบบเครือข่าย ความยืดหยุ่นและเลย์เอาต์เป็นคุณสมบัติหลักของ PROFINET รองรับตัวเลือกการผสมแบบไม่จำกัดโดยประมาณเมื่อใช้โทโพโลยีอีเทอร์เน็ตทั่วไปทั้งหมด มีโทโพโลยี PROFINET พื้นฐานที่แตกต่างกัน ดังนั้นการเลือกโทโพโลยีที่ถูกต้องจึงมีความสำคัญสำหรับการออกแบบโรงงานอัตโนมัติของ PROFINET หลังจากการออกแบบนี้ ต้องปรับโทโพโลยี ในการตั้งค่าโทโพโลยีแบบ Profinet อาจจำเป็นต้องมีสวิตช์เพิ่มเติม โทโพโลยี PROFINET พื้นฐานต่างๆ พร้อมใช้งาน เช่น โทโพโลยีแบบดาว ต้นไม้ และไลน์

สตาร์โทโพโลยี

โทโพโลยีแบบดาวมีความเหมาะสมสำหรับพื้นที่รวมทั้งส่วนขยายทางภูมิศาสตร์บางส่วน โทโพโลยีนี้ถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติหากมีโหนดการสื่อสารจำนวนมากที่เชื่อมโยงกับสวิตช์ทั่วไป หากโหนดของ PROFINET เดียวล้มเหลวหรือถูกถอดออก โหนดอื่นๆ ของ PROFINET จะทำงานอย่างต่อเนื่อง แต่ถ้าสวิตช์ตรงกลางล้มเหลว การสื่อสารจะถูกขัดจังหวะไปยังโหนดที่เชื่อมต่อทั้งหมด

โทโพโลยีต้นไม้

โทโพโลยีแบบต้นไม้เกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อเครือข่ายดาวต่างๆ เข้ากับเครือข่ายเดียว หน่วยการทำงานถูกสร้างขึ้นโดยชิ้นส่วนของโรงงานระบบอัตโนมัติซึ่งรวมเป็นหนึ่งจุดดาว ดังนั้นสิ่งเหล่านี้จึงเชื่อมต่อกันผ่านสวิตช์ข้างเคียง ในจุดสตาร์ สวิตช์ตัวเดียวทำงานเหมือนตัวกระจายสัญญาณ

สายโทโพโลยี

ไลน์โทโพโลยีใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานระบบอัตโนมัติสำหรับสายพานลำเลียง และยังใช้ในการใช้งานเครื่องจักรขนาดเล็กอีกด้วย อุปกรณ์ของ PROFINET ได้รับการติดตั้งสวิตช์ในตัวเพื่อช่วยให้ระบบจดจำโทโพโลยีของสาย เมื่อการหยุดชะงักของสายเกิดขึ้นเมื่อใช้โทโพโลยีของสาย อุปกรณ์ที่จัดเรียงหลังจากอุปกรณ์ที่ล้มเหลวจะไม่สามารถติดต่อได้อีกต่อไป ดังนั้นจึงสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการขยายบรรทัดไปยังรูปแบบเสียงกริ่งที่มีโปรโตคอลสำรอง

ข้อดี

ดิ ข้อดีของ ProfiNet รวมสิ่งต่อไปนี้

• PROFINET มอบวิธีที่ดีที่สุดในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของคุณด้วยประโยชน์ที่สำคัญสี่ประการที่มีความยืดหยุ่น ความเปิดกว้าง ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพ
• ความพร้อมใช้งานและความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานสูง
• การเข้าถึงข้อมูลโปร่งใส
• การผสมผสานที่ง่ายดายและไร้ข้อผิดพลาดของระบบ Fieldbus ที่สร้างขึ้นผ่านเกตเวย์/พร็อกซี่
• มีตัวเลือกการวินิจฉัยที่มีความหมายและมีรายละเอียด
• ด้วยการใช้ Profinet เราสามารถดำเนินการตัวเลือกโทโพโลยีต่างๆ เช่น ดาว เส้น แหวน และต้นไม้
• นำเสนอการจดจำและการวินิจฉัยโทโพโลยีเพื่อการว่าจ้างเครือข่ายที่รวดเร็วและเชี่ยวชาญ
• ความปลอดภัยในการทำงานของ Profibus หลีกเลี่ยงอันตรายเนื่องจากการทำงานของเครื่องจักรอุตสาหกรรมที่ผิดพลาด

แอปพลิเคชั่น

ดิ แอพพลิเคชั่น ProfiNe รวมสิ่งต่อไปนี้

• PROFINET ใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น กระบวนการอัตโนมัติ การผลิต ความปลอดภัย และแอปพลิเคชันการควบคุมการเคลื่อนไหวแบบไอโซโครนัส
• PROFINET ใช้ในด้านวิศวกรรมระบบอัตโนมัติทั้งหมด
• นี่คือโซลูชันอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมแบบเปิดตามมาตรฐานสากลที่ใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์และตัวควบคุมภายในการตั้งค่าอัตโนมัติ
• ฟิลด์กระบวนการ Net ถูกใช้โดย Siemens PLC
• PROFINET ถูกใช้ในด้านต่างๆ สำหรับการนำโซลูชันระบบอัตโนมัติไปใช้ เช่น ระบบอัตโนมัติของกระบวนการ ระบบอัตโนมัติในอาคาร และระบบอัตโนมัติในโรงงาน
• PROFINET ใช้ผ่าน Industrial Ethernet สำหรับการสื่อสารข้อมูล
• โดยทั่วไปจะใช้ในกระบวนการอัตโนมัติสำหรับการเปลี่ยนและควบคุมสื่อ เช่น ของเหลวและก๊าซ
• นอกจากนี้ยังใช้ในพื้นที่ต่างๆ เช่น การจ่ายก๊าซเชื้อเพลิง ระบบอัตโนมัติและการควบคุมสำหรับการบำบัดน้ำเสียหรือการบำบัดน้ำเสีย
• ใช้สำหรับแปรรูปโรงงานในอุตสาหกรรมเครื่องดื่ม โรงรีดนม และสำหรับการผลิตอาหาร
• ใช้ได้กับหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น แก๊ส ยานยนต์ น้ำมัน โลจิสติกส์ และอื่นๆ อีกมากมาย

ดังนั้น ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับ ภาพรวมของ Profinet เทคโนโลยี – การทำงานกับแอพพลิเคชั่น นี่คือมาตรฐานอุตสาหกรรมอีเทอร์เน็ตที่สำคัญที่สุดในตลาด นี่คือเทคโนโลยีที่มุ่งสู่อนาคตและเป็นที่ยอมรับทั่วโลกซึ่งได้รับการสนับสนุนจากผู้จำหน่ายผลิตภัณฑ์หลายรายเพื่อให้มั่นใจถึงการคุ้มครองการลงทุนและความพร้อมใช้งานในระยะยาว นี่คือคำถามสำหรับคุณ Profibus คืออะไร?