Profinet.

Objetivo.

Dar a conocer las principales características de una red Profinet, de manera que el alumno asimile los conceptos básicos y adquiera los conocimientos necesarios que le permitan trabajar por con este tipo de redes.

Indice. 

• Introducción.
• Método de Acceso al Medio.
• Diagrama/Topología de cómo funciona.
• Medios físicos y distancias.
• Protocolo de comunicación.
• Identificación de dispositivos o participantes de profinet.
• Velocidades de transmisión.
• Redundancias.
• Software de Administración.
• Resumen.
• Conclusión.
• Mapa mental.

Introducción.

PROFINET (Process Field Net) es un estándar para Industrial Ethernet basado en Industrial Ethernet según IEEE 802.xx. PROFINET se basa en estándares de TI acreditados y ofrece funcionalidad de TCP/IP completa para la transferencia de datos en toda la empresa y a todos los niveles. Además, los usuarios gozan de las ventajas de los diagnósticos integrados y las comunicaciones de seguridad positiva, que ofrecen una disponibilidad del sistema óptima, que abarca desde los conceptos de máquinas modulares para conseguir la máxima flexibilidad hasta las velocidades de transferencia más rápidas y aplicaciones WLAN. En su conjunto, estas capacidades le ofrecen un rendimiento considerablemente superior. Este tipo de red permite conectar equipos desde el nivel del campo (Plcs y otros dispositivos) hasta el nivel de gestión (sistemas informáticos e internet). PROFINET permite una comunicación homogénea con la ingeniería cubriendo toda la planta industrial y de gestión apoyando las tecnologías de la información hasta el nivel del campo.

Método de Acceso al Medio.

Profinet es la evolución del estándar abierto de Ethernet industrial para la automatización. Utiliza Industrial Ethernet y permite la comunicación en tiempo real hasta el nivel de campo, aprovechando plenamente los estándares de las tecnologías de la información existentes. PROFINET tiene determinismo y permite establecer prioridades en la red, evitando así la saturación de la red e incrementando por tanto la seguridad en la comunicación. 

• PROFINET I/O ofrece funcionamiento en “tiempo real” para datos de E/S cíclicos. 

• Se pueden utilizar los cables y switches estándar de Ethernet. 

• Sistema Maestro-Esclavo, como en Profibus. 

• Se configura como una red de campo.

 • Los dispositivos ya no se direccionan mediante número de nodo, sino mediante un nombre. 

• Comunicación fácil, rápida, flexible y abierta. 

• Protocolo abierto, estándar industrial. 

• Tan sencillo como un bus de campo. 

• Alta velocidad, tiempo de ciclo por dispositivo. 

• 100 metros entre dispositivos. 

• Utiliza conectores industriales apantallados RJ45. 

• Grandes velocidades de transmisión (10-100-1000 Mps)

Diagrama/Topología de cómo funciona.

Topología basada en el diseño de la máquina. 

Menor coste de cableado y puesta en marcha más sencilla.

Topología líneal y estructuras de anillo redundante posibles sin componentes de red adicionales. 

Varios controladores pueden convivir en una red acceso simultaneo a un Línea Anillo (redundante) Estrella una red acceso simultaneo a un dispositivo con Shared Device e I-Device.

Topología adaptada para cada máquina 

Soporte de topologías variadas tales como estrella, árbol, línea o anillo .

Varios medios disponibles para la red: cable de cobre Cat5, cables de fibra óptica de vidrio y plástico, e IWLAN.

Acceso a máquinas y plantas mediante una conexión segura VPN, p.ej. para mantenimiento remoto.

Medios físicos y distancias.

Conexión vía módulo de medios MM992-2VD

El módulo de medios MM992-2VD (distancia variable) se inserta en unswitch SCALANCE X-300 modular o en módulos de seguridad SCALANCE S627-2M y permite utilizar todas las líneas de 2 hilos para conexiones Ethernet hasta 1000 m: p.ej., líneas subterráneas, líneas tendidas a través de mamparas cortafuegos o tuberías, todas ellas difíciles de reemplazar. También permite establecer una conexión PROFINET de hasta 300 m.

Cables y longitudes de cable - módulo de medios con SCALANCE X o S (en modo VD)
IE FC TP Standard Cable GP 4x2 (AWG24) con IE FC RJ45 Plug 4x2	de 0 a 500 m a 100 Mbits/s	PROFINET IO
IE FC TP Standard Cable GP 2x2 con IE FC RJ45 Plug 2x2	de 0 a 300 m a 100 Mbits/s	PROFINET IO
IE FC TP Standard Cable GP 2x2 con IE FC RJ45 Plug 2x2	de 300 a 500 m a 10 Mbits/s	Industrial Ethernet
PROFIBUS FC Standard Cable GP con IE FC RJ45 Plug 4x2	de 100 a 1000 m a 10 Mbits/s	Industrial Ethernet
PROFIBUS FC Standard Cable GP con IE FC RJ45 Plug 4x2	de 0 a 100 m a 100 Mbits/s	Industrial Ethernet

Módulo de medios MM992-2VD en detalle

• Módulo de medios eléctrico de 2 puertos SCALANCE MM992-2VD
• Líneas Industrial Ethernet/PROFINET hasta 300 m
• 2 puertos RJ45 de 10/100/1000 Mbits/s
• Distancias realizables de hasta 1000 m

Protocolo de comunicación.

IP La transferencia de datos con el Protocolo de Internet (IP) es una transmisión no segura de paquetes (datagramas) entre un origen y un destino IP. La suma de comprobación de 32 bits del paquete Ethernet permite detectar con una alta probabilidad si hay errores en el paquete. Los siguientes protocolos se basan en IP.

TCP El Protocolo de control de transporte (TCP) garantiza una transferencia de datos completa, sin errores y en el orden correcto del emisor al receptor. TCP está orientado a las conexiones; eso significa que, antes de enviar los bloques de datos, dos estaciones establecerán una conexión que se volverá a deshacer una vez finalizado el intercambio. TCP dispone de mecanismos para la vigilancia permanente de las conexiones establecidas. 

UDP Al igual que el protocolo TCP, el Protocolo de datagramas de usuario (UDP) permite la transferencia de datos completa y sin errores del emisor al receptor. Sin embargo, a diferencia de TCP, UDP no establece una conexión: cada paquete de datos se trata de forma independiente y no hay confirmación de transporte. Al suprimirse la vigilancia Timeout y el establecimiento y eliminación de conexiones, UDP resulta más adecuado que TCP para las aplicaciones donde el tiempo es un factor crítico. La división en bloques de datos y la vigilancia de la comunicación, características implícitas de TCP, pueden realizarse con el protocolo UDP en el nivel de aplicación, por ejemplo, a través de RPC (llamada de procedimiento remoto).

Identificación de dispositivos o participantes de profinet.

Los dispositivos Profinet tienen números únicos de identificación que se les asignan para ayudar con la ingeniería, la identificación y otras cuestiones.

Un ID permite a los dispositivos conectar al bus a identificarse con una cantidad mínima de gastos generales de protocolo. Además, el número de identificación se utiliza para guardar archivos que contienen información sobre las funciones del dispositivo y configuración (es decir, archivos GSD o GSDML).

Obtener un número de identificación para profinet.

La identificación del dispositivo de profinet IO consiste en una clave de la compañía (vendor_id) y una clave específica del fabricante (DEVICE_ID). El vendor_id se asigna únicamente a una empresa. ElDEVICE_ID puede ser definido por el fabricante específicamente para el dispositivo.

Velocidades de transmisión.

Rendimiento y alta velocidad de transmisión.

Usando Ethernet, PROFINET alcanza una velocidad de transmisión significativamente alta respecto a los buses de campo anteriores. 

Debido al ancho de banda más grande, aplicaciones intensivas en datos se Switches conectados en línea pueden usar paralelamente sin que ello afecte a la transmisión de datos de periferia.

Uso de la tecnología de switch Ethernet. 

Usando 100 Mbit/s Ethernet, PROFINET alcanza una velocidad de transmisión significativamente alta (p.ej. comparado con PROFIBUS DP).

100 Mbit/s es una prestación suficientemente alta para el nivel de campo.

Redundancias.

Para aumentar la disponibilidad de una red Industrial Ethernet se puede convertir una topología de línea en una topología en anillo. Las estaciones de las topologías en anillo pueden ser dispositivos, controladores, switches externos y/o switches integrados en los módulos de comunicación.

Todas las estaciones del anillo deben soportar la función "Redundancia de medios", y para crear una topología de anillo con redundancia de medios, los dos extremos libres de una topología de red lineal se tienen que reunir en un equipo.

Como mínimo, un dispositivo del anillo realiza la función de “administrador de redundancia”, y todos los demás dispositivos son “clientes de redundancia”.

Si el anillo se interrumpe en algún punto, el recorrido de los datos entre los diferentes dispositivos se reconfigura automáticamente, y los dispositivos vuelven a estar accesibles. Se puede producir una interrupción del anillo por falla de la conexión entre dos equipos o por falla de un equipo integrante del anillo.

Si, debido a ello, los telegramas de test enviados por el administrador no pueden llegar al otro puerto de anillo, el administrador interconecta sus dos puertos de anillo, y a través de esta vía sustituta, se restablece una conexión operativa entre todos los demás equipos, en forma de una topología de red lineal.

Software de Administración.

Siemens simplifica la monitorización de redes industriales mediante su nueva versión del software Sinema Server V13. Este software detecta automáticamente todos los dispositivos Profinet y Ethernet de una red y permite visualizarlos claramente en un navegador web. La versión 13 también puede leer información directamente de los controladores Simatic (Simatic S7-300 / S7-400) y de los dispositivos Profinet conectados. Esto proporciona al personal de mantenimiento una visión de conjunto de todas las condiciones y conexiones de los dispositivos en cualquier momento, llegando a abarcar incluso grandes redes de hasta 50.000 nodos para una monitorización eficaz. El software está diseñado para permitir la detección temprana de fallos potenciales, para poder llevar a cabo acciones preventivas y aumentar con ello su disponibilidad.

Resumen.

La tecnología sobre Profinet ya está disponible en todas las marcas y productos que adhieren y que son las mismas que se agrupan en la organización de Profibus, una de las más grandes del mundo en buses de control. Tecnológicamente, hoy día se disponen de soluciones muy avanzadas sobre Profinet como es la solución para aplicaciones RFID, el control de servoaccionamientos y, en especial, la comunicación Failsafe para aplicaciones de seguridad crítica, no sólo en forma cableada sino también inalámbrica. Esto es una prueba concreta del nivel de disponibilidad al que se ha llegado.

Lo innovador de Profinet es que no sólo provee una solución para el nivel de control (lo que se conoce como Profinet I/O), sino que también es el soporte para la creación de proyectos como componentes. Por ejemplo, máquinas cuya configuración de la comunicación (o ingeniería de planta) se lleva a cabo en pla-taformas independientes de la herramienta y marca que se utilizó para su programación. Esto es Profinet CBA y ya es la tecnología para

la creación de muchas de las nuevas plantas automotrices en el mundo.

En resumen, se ha hecho una optimización de la transmisión a nivel de capa 2 para los telegramas de control, tarea que se ejecuta en el microprocesador del dispositivo proveedor y consumidor; así se puede configurar la prioridad de esos datos y permitirles convivir con los telegramas de protocolos informáticos como TCP/IP, manteniendo la misma conexión. 

Conclusión.

Con Profinet, no solo se aprovecha el estándar Ethernet para la automatización, sino que por medio de las nuevas funciones, puede obtenerse una innumerable cantidad de ventajas que aumentan el rendimiento y la eficacia de un sistema de automatización.
No sólo en la construcción de plantas, sino también en la contracción de la máquina, la arquitectura flexible de PROFINET con su amplio alcance de las funciones permite innovadora, flexible y de ahorro de costes de automatización de la máquina:

• Un cable para todo, por ejemplo, la integración de los dispositivos de medición especiales

• Máximo rendimiento y precisión

• Asignación de dirección flexible y el diseño modular

• Puesta en marcha rápida gracias a abrir el acceso y las interfaces definidas

• Seguridad integrado con funciones de seguridad importante de unidad

• Diagnóstico óptimos de dispositivos, así como la red

• Gestión de la energía Fácil a través del perfil PROFIenergy

Mapa mental.