ProfiNET

ProfiNET è un protocollo che è stato sviluppato dal consorzio Profibus International (PI) dal 2002 ed è diventato uno standard internazionale con la normativa IEC 61158.
ProfiNET nasce come il successore di Profibus ed è basato su tecnologia ethernet, con gli obiettivi di aumentare le prestazioni e semplificare l’integrazione tra dispositivi basati su hardware ethernet ed il mondo Siemens.
Allo stato attuale, per quanto riguarda la sola parte di comunicazione dati, PROFINET raggruppa sotto il suo nome due famiglie di protocolli entrambi basate su Ethernet, ProfiNET CBA e ProfiNET IO.

ProfiNET IO (PNIO) è stato progettato per dotare i dispositivi di campo di interfaccia Ethernet e garantire delle performance deterministiche e di real-time.
L’obiettivo di PNIO è quello di trasmettere dati, attraverso l’utilizzo di strutture e apparecchiature di comunicazioni semplici, rispettando però performance prefissate.

Con il duplice scopo di sfruttare la vasta esperienza accumulata nel settore dei bus di campo e di proteggere investimenti precedenti, PROFINET IO ha incorporato in sé concetti quali l’architettura modulare e la programmazione dei dispositivi di campo, ereditandoli direttamente da PROFIBUS.
Per ottenere le alte prestazioni richieste nello scambio dati, sono stati necessari alcuni elementi innovativi:

• sono state previste priorità per lo scambio dati;
• accesso differenziato da parte di più sistemi di controllo per lo stesso dispositivo di campo;
• descrizione in un file GSD delle funzionalità del singolo dispositivo di campo;
• estensione del modello PROFIBUS DP: la metodologia di accesso Master-Slave (di PROFIBUS DP) è stata convertita al modello Provider-Consumer, dove per produttore si intende colui che genera i dati, mentre per consumatore colui che riceve e utilizza i dati quando stabilisce la connessione con il produttore. In più la comunicazione avviene su un unico mezzo trasmissivo.

Una rete in cui non ci sono dispositivi che si dedicano al controllo degli accessi al bus è detta di tipo Producer/Consumer. Qualunque nodo può acquisire momentaneamente il controllo del bus ed iniziare una trasmissione (interfaccia Producer), gli altri nodi in questa fase si attiveranno in ricezione (interfacce Consumer).

PROFINET IO specifica quattro tipi di dispositivi:

• IO-Controller: dispositivo controllore sul quale gira il programma di automazione; ha il controllo del processo distribuito di uno o più dispositivi di campo ed è responsabile della configurazione e della parametrizzazione dei dispositivi associati ad esso. Riceve dati e allarmi e li processa all’interno del programma utente. Esso rappresenta una stazione centrale intelligente, come un PLC.
• IO-Device: dispositivo di bus di campo remoto, che viene assegnato ad un IO-Controller. È configurato da un IO-Controller o da un IO-Supervisor e trasmette ciclicamente i suoi dati di processo al controllore. Esso provvede anche ad informare un IO-Controller su condizioni di diagnostica o di allarme.
• IO-Supervisor: dispositivo/PC di programmazione con funzioni di configurazione e di diagnostica, che può scambiare dati con IO-Controller e IO- Device; ha accesso temporaneo ai dispositivi di campo durante il processo di comunicazione.
• IO-parameter-server: dispositivi usati per lo scambio di dati di configurazione rilevanti per le applicazioni con IO-Device.

Il traffico generato da IO-Supervisor e da IO-Parameter-Server avviene tipicamente in fase di offline, quindi non sono necessarie prestazioni real-time.
Durante il funzionamento, i dispositivi periferici (IO-Device) trasferiscono le informazioni di input al controller; esso le elabora e trasferisce le informazioni di output ai dispositivi periferici.
Al contrario, lo scambio di dati tra IO-Controller e IO-Device è collegato al compito di automazione in via di svolgimento e perciò ha esigenze temporali critiche.

Il protocollo PROFINET IO prevede di poter implementare il trasferimento di tre tipologie di dati:

• TRASFERIMENTO CICLICO DI DATI CRITICI DI IO: tali dati vengono immagazzinati nell’area di indirizzamento IO del controllore; si tratta di dati ciclici di input e output, che vengono inviati sul canale real-time. I dati di IO sono trasmessi a cicli di tempo prefissati, la cui frequenza di aggiornamento può essere diversificata per ciascun dispositivo.
• TRASFERIMENTO ACICLICO DI ALLARMI: trasferimento che avviene sul canale real-time; è prevista anche la possibilità di assegnare una priorità agli allarmi;
• TRASFERIMENTO ACICLICO DI DATI NON CRITICI: si tratta di parametrizzazione, configurazione, lettura di informazioni diagnostiche che sono trasferiti attraverso canali standard sulla base di UDP/IP.

Nell’automazione di fabbrica e nell’automazione di processo viene richiesta una trasmissione dei dati puntuale e deterministica.
Per lo scambio ciclico di dati IO (time-critical) tra controller e i dispositivi di campo, PROFINET IO infatti, non utilizza il TCP/IP, ma utilizza una comunicazione real-time (RT) o una comunicazione isocrona real-time (IRT) dove si ha una più stringente pianificazione temporale del traffico ottenuta tramite la sincronizzazione tra il livello di rete e l’applicazione software che gestisce i dati (<1ms).

Entrambe le procedure di comunicazione RT e IRT sono standardizzate nello standard internazionale IEC 61158.

PROFINET IO RT soddisfa la maggior parte dei requisiti di temporizzazione dell'automazione industriale. La maggior parte delle reti PROFINET può fare affidamento esclusivamente su PROFINET RT per tutti gli scambi di dati ciclici.
I campi di applicazione con PROFINET IO RT sono:

• Applicazioni time-critical nell'automazione di fabbrica.
• Applicazioni negli impianti di automazione di processo.

Classe di comunicazione ProfiNET IO RT (Class 1): La classe di comunicazione implementata può realizzare cicli di pochi millisecondi (tipicamente 1-64 ms) e variabilità contenuta (15%). Essa si basa sullo standard Ethernet 802.1Q in cui i dati vengono trasmessi tramite telegrammi Ethernet con priorità (i dati RT hanno priorità 6): ciò garantisce il determinismo richiesto dalla automazione. Per l’implementazione è sufficiente hardware ethernet standard.

PROFIdrive è il protocollo standard per la tecnologia degli azionamenti in combinazione con i sistemi di comunicazione ProfiNET, ottimo per un collegamento integrato e semplice.

Le caratteristiche e i vantaggi degli azionamenti Ever Elettronica per motori passo passo e motori brushless sono:

 - Comunicazione PROFINET sviluppata con l’ASIC ERTEC 200P DI SIEMENS
Siemens, come membro attivo di PI, è stata coinvolta nell'avanzamento dello sviluppo del PROFINET fin dall'inizio. I componenti tecnologici della Siemens beneficiano quindi del know-how accumulato in molti anni di lavoro di sviluppo e di successo, ed è già stato dimostrato sul campo in innumerevoli prodotti.
L’ERTEC 200P (Enhanced Real-Time Controller) garantisce tutti gli standard prestazionali richiesti dalla più stringente e performante comunicazione PROFINET IRT. ERTEC 200P è stato progettato infatti per tempi di ciclo di soli 31,25μs. Con la sua veloce CPU ARM 9 e lo switch IRT integrato, sono possibili dispositivi da campo con i requisiti prestazionali più esigenti.

- IRT switch (dual Ethernet ports)
Tutti i nostri azionamenti per motori passo passo e motori brushless sono dotati di uno switch IRT a 2 porte per permettere di suddividere la rete in diversi segmenti.

- PROFINET IO RT Class 1 (CC-B)

• Scambio dati (Real Time) per applicazioni con tempo di ciclo fino a 4 ms;
• Dati di Allarmi e diagnostica;
• Supporto per la topologia di rete;
• Diagnosi di rete Simple Network Management Protocol (SNMP)

- Scambio dati ciclico: 64 bytes INPUT (su Slot1) e 64 bytes OUTPUT (su Slot2) tra l’IO-controller (PLC) e l'azionamento per motori passo passo e motori brushless (IO-Device). In particolare:

• 16 byte (I/O) sono mappati fissi,
• 40 byte (I/O) possono essere mappati in modo variabile alle funzioni desiderate utilizzando e3PLC,
• 8 byte (I/O) vengono utilizzati per gli oggetti R/W,
• I/O digitali (24Vdc) ed ingressi analogici dell'azionamento sono disponibili come punti I/O distribuiti sulla rete ProfiNET.

- Mappatura dei 64 bytes IO “pronta all’uso”
I 64 bytes di input e i 64 bytes di output sono già stati configurati nell’azionamento per motori passo passo e motori brushless per mappare i più comuni parametri e registri di configurazione del drive e del motore, comandi di movimento e variabili di stato. (Applicazione gratuita General Purpose ProfiNET App 0144). I bytes possono essere rimappati comunque utilizzando l’IDE e3PLc (facile, veloce ed intuitivo Ambiente di Progettazione Integrato proprietario Ever) che consente l’implementazione di programmi complessi senza bisogno per l’utente di affrontare linguaggi di programmazione.

- Libreria Ever_ProfiNET_FB_V1.01 per STEP 7 TIA Portal V15 (Siemens)
Tramite questa libreria composta da 4 Function Block (FB) è possibile impostare molto rapidamente lo scambio dati, i settaggi dell’azionamento, i parametri del motore passo passo e brushless e i comandi di movimentazione nell’ambiente di progettazione centralizzato TIA Portal.

- Tool di diagnostica e di configurazione dell’azionamento per motori stepper e motori brushless su PC via ModBUS TCP over ProfINET
È possibile eseguire tutti i tools su PC forniti da Ever Elettronica utilizzando la stessa rete ProfiNET, mediante protocollo Modbus TCP (port 502) senza dover utilizzare la SCI seriale di servizio.

Scopri di più sugli azionamenti per motori passo passo e motori brushless con interfaccia ProfiNET di Ever Elettronica