PROFINET protokoli arxitekturasini har tomonlama tahlil qilish, ishlash printsipi, afzalliklari va kamchiliklari

PROFINET - bu sanoat avtomatlashtirish tizimlari tomonidan qo'llaniladigan aloqa protokoli. Bu Ethernet-ga asoslangan protokol bo'lib, sanoat boshqaruv tizimlari va sensorlar, aktuatorlar va boshqa kontrollerlar kabi qurilmalar o'rtasida aloqa qilish imkonini beradi. PROFIBUS International tomonidan ishlab chiqilgan PROFINET - ishlab chiqarish va sanoatni avtomatlashtirishda keng qo'llaniladigan protokol. Hozirgi vaqtda PROFINET sanoatni avtomatlashtirish sohasidagi asosiy aloqa protokollaridan biriga aylandi va turli sanoat avtomatlashtirish uskunalari va tizimlarida keng qo'llanilmoqda. Statistik ma'lumotlarga ko'ra, 2019 yil holatiga ko'ra, butun dunyo bo'ylab 250 000 dan ortiq PROFINET IO tugunlari va 5 milliondan ortiq PROFINET IO qurilmalari qo'llanilmoqda. PROFINET shuningdek, ishlab chiqarish, avtomobilsozlik, oziq-ovqat va ichimliklar sanoati, energiya va suv tozalash sanoati va boshqalar kabi turli sohalarda tobora ko'proq foydalanilmoqda.

PROFINET arxitekturasi

PROFINET qatlamli arxitekturani, jumladan, jismoniy qatlam, ma'lumotlar havolasi qatlami, tarmoq qatlami va amaliy qatlamni qabul qiladi. PROFINET ning jismoniy qatlami bir nechta uzatish tezligi va masofalarini qo'llab-quvvatlash uchun standart Ethernet kabellari va ulagichlaridan foydalanadi. PROFINET ning ma'lumotlar havolasi qatlami real vaqtda ma'lumotlarni uzatish va tarmoqni boshqarishni qo'llab-quvvatlaydigan PROFINET IO protokolini qabul qiladi. PROFINET ning tarmoq qatlami TCP/IP protokolini qabul qiladi va turli tarmoq topologiyalari va marshrutlash strategiyalarini qo'llab-quvvatlaydi. PROFINET ning amaliy qatlami turli qurilmalar va kontrollerlar o'rtasidagi aloqa va hamkorlikni qo'llab-quvvatlash uchun PROFINET protokolini qabul qiladi.

PROFINET qanday ishlaydi

Qurilma ulanishi va avtomatik identifikatsiya: PROFINET tarmog'idagi qurilmalar Ethernet jismoniy qatlami orqali ulanadi va avtomatik identifikatsiya va avtomatik konfiguratsiya funksiyalarini qo'llab-quvvatlaydi. Qurilma PROFINET tarmog'iga ulanganda, PROFINET kontrolleri yangi qurilmaning turini, manzilini, atributlarini va boshqa ma'lumotlarini avtomatik ravishda aniqlashi va u uchun IP manzilini, MAC manzilini, tarmoq parametrlarini va hokazolarni avtomatik ravishda sozlashi mumkin.

Aloqa protokoli va ma'lumotlarni uzatish: PROFINET aloqa protokoli Ethernet texnologiyasiga asoslangan bo'lib, TCP/IP protokoli stekini qabul qiladi va shu asosda optimallashtiradi va kengaytiradi. PROFINET aloqa protokoli real vaqtda bo'lmagan ma'lumotlar, real vaqtda ma'lumotlar, nazorat ma'lumotlari va xato diagnostikasi ma'lumotlari kabi turli xil ma'lumotlar turlarini uzatishni qo'llab-quvvatlaydi. PROFINET tarmog'ida ma'lumotlarni uzatish uchta usulda amalga oshirilishi mumkin: IO ma'lumotlar aloqasi, TCP/IP ma'lumotlar aloqasi va real vaqt rejimida ma'lumotlar aloqasi.

Haqiqiy vaqtda aloqa mexanizmi: PROFINET real vaqtda ma'lumotlarni yuqori tezlikda, ishonchli va aniq uzatishni amalga oshirishi mumkin bo'lgan real vaqtda aloqa mexanizmini qabul qiladi. PROFINET ikkita real vaqtda aloqa mexanizmini qo'llab-quvvatlaydi, ya'ni PROFINET RT va PROFINET IRT. PROFINET RT harakatni boshqarish ilovalari kabi past kechikish, yuqori tezlikda real vaqtda ma'lumotlarni uzatish uchun javob beradi; PROFINET IRT haroratni nazorat qilish, oqim nazorati va boshqalar kabi yuqori aniqlikdagi nazorat va monitoring ilovalari uchun javob beradi. Haqiqiy vaqtda aloqa mexanizmi PROFINET IO qurilmalari va PROFINET I/U kontrollerlari o'rtasidagi davriy aloqa orqali amalga oshirilishi mumkin.

Tarmoq topologiyasi va ortiqcha mexanizm: PROFINET tarmog'i yulduz, shina, halqa, daraxt va boshqalar kabi bir nechta topologiyalarni qo'llab-quvvatlaydi. Turli topologiyalar turli dastur talablariga va tarmoq ishlash talablariga javob berishi mumkin. Shu bilan birga, PROFINET tarmoqning ishonchliligi va barqarorligini oshirishi mumkin bo'lgan ortiqcha mexanizmlarni ham qo'llab-quvvatlaydi, masalan, qurilmaning ortiqchaligi, yo'lning ortiqchaligi va portning ortiqchaligi.

Sanoat avtomatlashtirish aloqa protokoli sifatida PROFINET quyidagi afzallik va kamchiliklarga ega:

afzalligi:

Samaradorlik: PROFINET Ethernet texnologiyasiga asoslangan va shu asosda optimallashtirilgan va kengaytirilgan, shuning uchun u yuqori samaradorlikka ega. U yuqori tezlikda, ishonchli va aniq real vaqtda ma'lumotlarni uzatish va tarmoq aloqasini qo'llab-quvvatlaydi va sanoatni avtomatlashtirish sohasida real vaqt va real vaqtda bo'lmagan aloqa talablariga javob berishi mumkin.

Moslashuvchanlik: PROFINET turli xil dastur talablari va tarmoq unumdorligi talablariga muvofiq moslashuvchan tarzda tanlanishi mumkin bo'lgan yulduz, avtobus, halqa, daraxt va hokazolarni o'z ichiga olgan turli tarmoq topologiyalarini qo'llab-quvvatlaydi. Shu bilan birga, PROFINET tarmoqning ishonchliligi va barqarorligini oshirish uchun qurilmaning ortiqchaligi, yo'lning ortiqchaligi, portning ortiqchaligi va boshqalar kabi bir nechta ortiqcha mexanizmlarni ham qo'llab-quvvatlaydi.

Masshtablilik: PROFINET - kengaytiriladigan aloqa protokoli bo'lib, sensorlar, aktuatorlar, robotlar, avtomatlashtirish tizimlari va boshqalar kabi ko'plab turli qurilmalar va ilovalarni qo'llab-quvvatlaydi. Shu bilan birga, u turli xil ma'lumotlar turlari va protokollarini, jumladan, bo'lmagan ma'lumotlarni ham qo'llab-quvvatlaydi. -real vaqtda ma'lumotlar, real vaqtma'lumotlar, nazorat ma'lumotlari va nosozlik diagnostikasi ma'lumotlari.

Integrasiyalash oson: PROFINET tarmog‘idagi qurilmalar avtomatik identifikatsiya va avtomatik konfiguratsiya funksiyalari orqali tezda birlashtirilishi va sozlanishi mumkin, bu esa qurilmani o‘rnatish va disk raskadrovka qilishdagi qiyinchiliklarni kamaytiradi hamda ishlab chiqarish samaradorligi va ish samaradorligini oshiradi.

kamchilik:

Murakkablik: Ilg'or aloqa protokoli sifatida PROFINET boshqa oddiy protokollarga qaraganda yuqori o'rganish va amalga oshirish xarajatlariga ega. Bundan tashqari, PROFINET tarmoqlarini sozlash va texnik xizmat ko'rsatish ham yuqori malaka va tajribani talab qiladi va qo'llab-quvvatlash va boshqarish uchun professional muhandis va texnik xodimlar talab qilinadi.

Narxi: PROFINET tarmog'i yuqori apparat va dasturiy ta'minot xarajatlarini, jumladan, PROFINET kontrollerlari, PROFINET IO qurilmalari, tarmoq kalitlari va boshqalarni talab qiladi. Shu bilan birga, PROFINET qurilmalari va ilovalari ham autentifikatsiya qilinishi va avtorizatsiya qilinishi va tegishli to'lovlarni to'lashi kerak.

Xavfsizlik: PROFINET tarmog'i aloqasining xavfsizligi maxsus konfiguratsiya va boshqaruvni, jumladan, xavfsizlik devori, ma'lumotlarni shifrlash, autentifikatsiya va hokazolarni talab qiladi. Agar xavfsizlik choralari ko'rilmasa, PROFINET tarmoqlari xavfsizlik tahdidlari va hujumlariga duch kelishi mumkin.

Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, PROFINET protokoli yuqori unumdorlik, yuqori ishonchlilik, o'zaro ishlash va vizualizatsiya afzalliklariga ega, ammo konfiguratsiya va texnik xizmat ko'rsatishning murakkabligi, maxsus jihozlarga bo'lgan ehtiyoj, xavfsizlik muammolari va joylashtirish cheklovlari kabi kamchiliklarga ega. PROFINET protokolidan foydalanganda uning afzalliklari va kamchiliklarini har tomonlama ko'rib chiqish, tegishli dastur stsenariysi va haqiqiy ehtiyojlarni tanlash kerak.

Kelajakda PROFINET ning rivojlanish yo'nalishi asosan quyidagi jihatlarni o'z ichiga oladi:

Sanoat 4.0 ehtiyojlariga moslash: Sanoat 4.0 ning jadal rivojlanishi bilan PROFINET qurilmalar o'rtasidagi o'zaro bog'liqlik va ma'lumotlar almashishga tobora ko'proq e'tibor qaratadi va moslashuvchan, samarali va ko'p qirralilikka ko'proq e'tibor beradi. aqlli yechim.

Xavfsizlikni kuchaytirish: sanoat avtomatizatsiyasining uzluksiz rivojlanishi bilan tarmoq xavfsizligi tahdidlari va hujumlari tobora keng tarqalgan. PROFINET tarmoq aloqasi xavfsizligiga ko'proq e'tibor beradi va keng qamrovli xavfsizlik choralarini ta'minlaydi.

Haqiqiy vaqtda ishlash va ishlashni yaxshilash: PROFINET real vaqt rejimida ishlash va ishlashni yaxshilashni davom ettiradi, sanoat avtomatizatsiya uskunalari va tizimlarining real vaqt va ishlash talablariga javob berish uchun yuqori ma'lumotlarni uzatish tezligi va past kechikishni ta'minlaydi.

Aql-idrok va vizualizatsiyani kuchaytiring: PROFINET razvedka va vizualizatsiya funktsiyalarini yanada yaxshilaydi, ko'proq monitoring, diagnostika va prognozlash funktsiyalarini ta'minlaydi, shuningdek, uskunalar va tizimlarni aqlli boshqarish va texnik xizmat ko'rsatishni amalga oshiradi.

Qo'llash doirasini kengaytiring: PROFINET tibbiyot, aerokosmik, robototexnika va boshqalar kabi ko'proq sanoat va sohalarni o'z ichiga olgan holda qo'llash doirasini yanada kengaytiradi.

Muxtasar qilib aytganda, ilg'or sanoat avtomatlashtirish aloqa protokoli sifatida PROFINET kelajakda muhim rol o'ynashda davom etadi va sanoatni avtomatlashtirish sohasida doimiy innovatsiyalar va rivojlanishga yordam beradi.