ما هو ProfiNet: الهندسة المعمارية والعمل والأنواع وتطبيقاتها

تم تطوير تقنية Profinet ونشرها بواسطة بروفيبوس & PROFINET International في أوائل عام 2000. PROFINET هو حل إيثرنت صناعي مبتكر ومفتوح المعايير يُستخدم لتبادل البيانات بين وحدات التحكم والأجهزة في الأتمتة الصناعية . يلبي مفهوم PROFINET ببساطة جميع متطلبات تكنولوجيا الأتمتة الصناعية باستخدام معايير تكنولوجيا المعلومات مثل TCP / IP & XML للتواصل والتكوين وتشخيص الأجهزة / الآلات الميدانية. لذلك ، فهو حل Ethernet الصناعي المعتمد جيدًا. لذلك ، تقدم هذه المقالة معلومات موجزة عن Profibus - العمل مع التطبيقات.

ما هو بروفينيت؟

PROFINET (شبكة مجال العملية) هو معيار اتصالات صناعي يعتمد على المعايير الدولية المصممة لتبادل البيانات بين الأجهزة وأجهزة التحكم في نظام التحكم الصناعي. هنا ، وحدات التحكم هي PLCs أو PACs أو DCSs بينما الأجهزة عبارة عن أنظمة رؤية ، وكتل I / O ، وقارئات RFID ، وأدوات معالجة ، ومحركات ، ووكلاء ، وما إلى ذلك نظرًا لأن هذا معيار مفتوح ، فقد صمم العديد من الشركات المصنعة منتجات PROFINET مثل PACs ، PLCs ، وروبوتات ، ومحركات ، ووكلاء ، وأدوات تشخيص.

باستخدام معيار الاتصالات الصناعية هذا ، يمكننا توصيل HMI ، PLC ، I / O الموزعة ، أ المستشعر ، مختلف المرسلات و VFD والمحركات على شبكة واحدة. يوفر Profinet وقت استجابة أسرع وبالتالي يصبح جمع البيانات أفضل.

يتوفر Profinet الصناعي مع التدريع الذي يوفر أداءً فائقًا في محيط صاخب كهربائيًا. لتحديد أجهزة Profinet ، يجب تحديدها من خلال اسم الجهاز بعنوان IP. يجب تخصيص كل جهاز داخل الشبكة عن طريق عنوان IP للتواصل. يتم استخدام Profinet كجهاز إدخال / إخراج عن بُعد مماثل لـ Profibus-DP لتوفير سرعة اتصال عالية جدًا.

في الشبكة الأكبر ، يتم استخدام مفتاح الشبكة لتوصيل Profinet للتوزيع البسيط. يتم تحديد جهاز profinet من خلال عناوين IP الصالحة. على سبيل المثال ، إذا كان جهاز profinet يحتوي على 191.127.0.20 عنوان IP حيث تتضمن الأرقام الثلاثة الأولى معلومات الشبكة والرقم الأخير هو رقم الجهاز.

هندسة ProfiNet

PROFINET هو بروتوكول اتصال مصمم بشكل أساسي لتبادل البيانات بين وحدات التحكم وكذلك الأجهزة ضمن إعداد التشغيل الآلي. لذلك فهو حل Ethernet الصناعي الأكثر استخدامًا. نظرًا لأن PROFINET هو معيار مفتوح ، فقد طور عدد من الشركات المصنعة منتجات مختلفة من PROFINET مثل PLCs و Robots و PACs و Proxies و IOs وأدوات التشخيص ومحركات الأقراص وما إلى ذلك.
يحدد PROFINET ببساطة الاتصال الدوري وغير الدوري بين المكونات المختلفة مثل التشخيص والإنذارات والسلامة الوظيفية والمعلومات الإضافية. لذلك ، يستخدم PROFINET شبكة Ethernet القياسية كوسيلة اتصال لتوصيل هذه المكونات.

يتم توصيل مكونات PROFINET في الشبكة بواسطة كبلات Ethernet وتسمح لبروتوكولات Ethernet الأخرى بالتعايش في بنية أساسية مماثلة. بالإضافة إلى PROFINET ، يمكنك استخدام بروتوكولات أخرى تعتمد على Ethernet لموازنة الشبكة مثل SNMP أو OPC UA أو HTTP أو MQTT.
بنية ProfiNet القائمة على ISO / نموذج OSI هو مبين أدناه. يعيش PROFINET في 7 طبقات من وضع ISO / OSI وهي طبقة التطبيق. بشكل عام ، يحدد نموذج ISO / OSI المكون من سبع طبقات ببساطة طبقات تجريد نظام الاتصال.

ProfiNet تعمل

تحتاج الأتمتة الصناعية في كثير من الأحيان إلى اتصالات عالية السرعة وحتمية مما يعني توصيل الرسائل بدقة بمجرد توقعها. لذلك ، يجب أن يتأكد PROFINET من تسليم الرسائل بسرعة وحتمية مناسبة بناءً على المهمة. ولكن لا تحتاج جميع التطبيقات إلى أداء مماثل.

تقدم PROFINET البيانات باستخدام قنوات اتصال مختلفة كما هو موضح في الهيكل أعلاه لضمان الأداء المناسب مثل TCP / IP أو UDP / IP و RT (PROFINET Real-Time) IRT (الوقت الحقيقي المتزامن) و TSN (الشبكات الحساسة للوقت).

يستخدم PROFINET TCP / IP بخلاف اتصالات UDP / IP ، خاصةً للمهام الحرجة غير الزمنية مثل التكوين وكذلك تحديد المعلمات. نظرًا للكمون الإضافي والارتعاش المرتبط بالاتصال المستند إلى IP ، فإن هذه التقنية غير مناسبة للمهام التي تتطلب وقتًا طويلاً.

يستخدم PROFINET قناة RT لتوصيل البيانات بطريقة سريعة وحتمية لاستخدامها في التطبيقات المستندة إلى الوقت الحرج. يلبي PROFINET RT احتياجات غالبية التطبيقات ذات الأهمية الزمنية. لذا فإن الأداء العام يعتمد بشكل أساسي على تصميم الشبكة ، ومع ذلك ، يمكنك الحصول على أوقات دورات تتراوح من 250 ميكرومتر إلى 512 مللي ثانية. لذلك ، لا تحتاج إلى تكوين خاص أو أجهزة لاستخدام آلية الوقت الحقيقي لـ PROFINET لأن جميع منتجات PROFINET مجهزة بهذه السعة.

يستخدم PROFINET IRT لزيادة الأداء بحيث يقلل من تأخيرات البيانات المتغيرة عن طريق زيادة القواعد المستخدمة لتبديل حركة مرور Ethernet وأيضًا إنشاء قواعد خاصة لحركة مرور PROFINET. هذا IRT اختياري ومطلوب فقط في التطبيقات الدقيقة عالية الأداء مثل المطابع وآلات التعبئة.

أحدث مواصفات PROFINET V2.4 تطلق قناة اتصال رابعة مثل PROFINET عبر TSN. هذه تقنية جديدة توجد على طبقة ارتباط البيانات في نموذج ISO / OSI. إنها مجموعة من معايير IEEE 802 التي تُستخدم لجعل Ethernet حتمية بشكل افتراضي. بعض معايير IEEE هي ؛ IEEE 802.1AS و IEEE 802.1-2018 و IEEE 802.1Q-2018 و IEEE 802.1CB و IEEE 802.1Q-2018.

أنواع ProfiNet

تتوفر Profinets في نوعين يعتمدان على الكابلات المستخدمة مثل الكابلات النحاسية و كابلات الألياف البصرية.

كبل بروفينه النحاسي

هذا كبل محمي باللون الأخضر و 4 أسلاك ويدعم ما يصل إلى 100 ميجابت في الثانية من Fast Ethernet على مسافة 100 متر. باستخدام هذا الكبل ، يتم تحقيق نقل مزدوج كامل مما يعني أن البيانات يتم نقلها في اتجاهين في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك ، لمعدلات نقل تبلغ 1 جيجابت في الثانية ، يتم استخدام كبلات نحاسية ثمانية النواة.

الكابلات النحاسية PROFINET متوفرة في أربعة أنواع من النوع A ، والنوع B ، والنوع R ، والنوع C.

• تستخدم الكابلات النحاسية من النوع A بشكل أساسي في التركيبات الثابتة.
• تستخدم الكابلات النحاسية من النوع B في حالة وجود الانثناء. يمكن لهذه الأنواع من الكابلات مقاومة الاهتزازات أو الحركة العرضية.
• تستخدم الكابلات النحاسية من النوع R في تطبيقات الروبوت.
• تستخدم الكابلات النحاسية من النوع C في التطبيقات المتخصصة ويمكنها مقاومة الحركة وكذلك البيئات الديناميكية. على سبيل المثال ، الآلات الدوارة.
• توجد أيضًا الكابلات النحاسية الأخرى مثل الكابلات الزائدة المستخدمة في نقل الأجزاء والكابلات المدفونة المستخدمة في الاتصالات تحت الأرض والكابلات المقاومة للحريق غير المسببة للتآكل المستخدمة في الحماية من الحرائق.

كابلات الألياف البصرية Profinet

تستخدم هذه الكابلات اثنين من الأسلاك المتوازية التي تستخدم لتجميع الموصلات مباشرة. هذه الأنواع من الكابلات لها سرعات تصل إلى 100 ميجابت / ثانية وأيضًا اتصال مزدوج كامل.

توفر هذه الأنواع من الكابلات العديد من الفوائد مثل أنها يمكن أن تغطي كيلومترات من المسافات ، وتوفر عزلًا كهربائيًا تامًا بين مناطق المصنع. بالإضافة إلى ذلك ، هذه الكابلات مقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي. تتوفر هذه الكابلات في نوعين من النوع B والنوع C حيث تُستخدم الكابلات من النوع B للاستخدام المرن أو الثابت ويتم استخدام الكابلات من النوع C للتطبيقات الخاصة مثل الاهتزاز والحركة الدائمة وما إلى ذلك.

ProfiNet مقابل إيثرنت

ال الاختلافات بين Profinet و Ethernet تمت مناقشتها أدناه.

ProfiNet مقابل Profibus

ال الاختلافات بين Profinet و Profibus تمت مناقشتها أدناه.

رابط Profinet

موصلات Profinet مصممة خصيصًا لإنهاء كبلات profinet. تحظى هذه الموصلات بشعبية كبيرة بسبب قدرتها على تحمل التكاليف وكذلك الاستخدام البسيط. لذلك فهي سهلة الاستخدام ، وتتصل بسرعة ، وتوفر أداءً عاليًا ، وبنيتها صلبة ، ومقاومة للصدمات ، وأيضًا لا تحتاج إلى صيانة.

طوبولوجيا ProfiNet

في تصميم الشبكة ، تعد المرونة والتخطيط السمات الرئيسية لـ PROFINET. وهو يدعم خيارات دمج غير محدودة تقريبًا عند استخدام جميع هياكل إيثرنت النموذجية. توجد طوبولوجيا PROFINET الأساسية المختلفة هناك ، لذا فإن اختيار الهيكل الصحيح مهم لتصميم مصنع الأتمتة PROFINET. بعد هذا التصميم ، يجب تعديل الهيكل. لإعداد طبولوجيا profinet ، قد تكون هناك حاجة إلى مفاتيح إضافية. تتوفر طبولوجيا PROFINET الأساسية المختلفة مثل طبولوجيا النجوم والشجرة والخط.

طوبولوجيا النجوم

الهيكل النجمي مناسب للمناطق بما في ذلك الامتداد الجغرافي الجزئي. يتم إنشاء هذا الهيكل تلقائيًا إذا تم تحالف العديد من عقد الاتصال بمحول عام. إذا فشلت عقدة PROFINET الفردية أو تم فصلها ، فستعمل العقد الأخرى لـ PROFINET بشكل مستمر. ولكن إذا فشل المفتاح الأوسط ، فسيتم قطع الاتصال بجميع العقد المتصلة.

طوبولوجيا الشجرة

يتكون الهيكل الشجري من خلال توصيل شبكات نجمية مختلفة بشبكة واحدة. تتكون الوحدة الوظيفية من أجزاء مصنع الأتمتة التي تتحد مع نقاط النجوم. لذلك يتم ربط هذه الشبكات من خلال المحولات المجاورة. في نقطة النجمة ، يعمل مفتاح واحد مثل موزع الإشارة.

طوبولوجيا الخط

تُستخدم طوبولوجيا الخط على نطاق واسع في مصانع الأتمتة للأحزمة الناقلة وتستخدم أيضًا في تطبيقات الآلات الصغيرة. تم تجهيز أجهزة PROFINET بمحول مدمج لمساعدة طبولوجيا الخط في التعرف. بمجرد حدوث انقطاع الخط عند استخدام هياكل الخطوط ، لا يمكن الاتصال بالأجهزة المرتبة بعد الجهاز الفاشل. لذلك يمكن تجنب ذلك عن طريق توسيع الخط إلى شكل حلقة مع بروتوكول التكرار.

مزايا

ال مزايا ProfiNet تشمل ما يلي.

• يوفر لك PROFINET أفضل الطرق لتحسين إنتاجيتك من خلال أربع مزايا مهمة: المرونة والانفتاح والأداء والكفاءة.
• توافر وموثوقية تشغيلية عالية.
• سهولة الوصول إلى البيانات الشفافة.
• مجموعة سهلة وخالية من العيوب لأنظمة Fieldbus القائمة من خلال البوابات / الوكلاء.
• لديها خيارات تشخيصية مفيدة ومفصلة.
• باستخدام Profinet ، يمكننا تنفيذ خيارات طوبولوجيا مختلفة مثل النجمة والخط والحلقة والشجرة.
• إنه يوفر التعرف على الهيكل والتشخيصات للتكليف السريع والفعال للشبكة.
• تتجنب السلامة الوظيفية لـ Profibus المخاطر بسبب الأداء الخاطئ للآلات الصناعية

التطبيقات

ال تطبيقات ProfiNe ر تشمل ما يلي.

• يستخدم PROFINET في تطبيقات مختلفة مثل أتمتة العمليات والإنتاج والسلامة وتطبيقات التحكم في الحركة المتزامنة.
• يستخدم PROFINET في جميع مجالات هندسة الأتمتة.
• هذا حل إيثرنت صناعي مفتوح يعتمد على المعايير الدولية المستخدمة لتبادل البيانات بين الأجهزة وأجهزة التحكم ضمن إعداد الأتمتة.
• يتم استخدام شبكة مجال العملية بواسطة شركة Siemens PLC.
• تُستخدم PROFINET في مجالات مختلفة لتنفيذ حلول الأتمتة مثل أتمتة العمليات وأتمتة المباني وأتمتة المصانع.
• يُستخدم PROFINET عبر الإيثرنت الصناعي لاتصالات البيانات.
• يتم استخدامه بشكل عام في عملية الأتمتة لتغيير الوسائط والتحكم فيها مثل السوائل والغازات.
• تستخدم هذه أيضًا في مجالات مختلفة مثل إمدادات غاز الوقود والأتمتة والتحكم في مياه الصرف الصحي أو معالجة المياه.
• يتم استخدامه لمعالجة المصانع في صناعة المشروبات والألبان وإنتاج الأغذية.
• إنها قابلة للتطبيق في مجموعة واسعة من الصناعات مثل الغاز والسيارات والنفط والخدمات اللوجستية وغيرها الكثير.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على ملف Profinet التكنولوجيا - العمل مع التطبيقات. هذا هو أهم معيار إيثرنت صناعي في السوق. هذه تقنية موجهة نحو المستقبل وتم تأسيسها عالميًا وهي مدعومة من قبل العديد من بائعي المنتجات لضمان حماية الاستثمار والتوافر على المدى الطويل. إليك سؤال لك ، ما هو Profibus؟