OBJETIVO.
Que el alumno identifique los conceptos básicos de profinet,
como es que se usa, cuáles son sus redundancias, en que se basa este sistema, y
cuál es su diagnóstico.
INDICE.
-PROFINET (INTRODUCCION)
-TIPOS DECOMUNICACION
-IP
-TCP
- Comunicación en tiempo real
- Tiempo real (RT)
- Tiempo real isócrono (IRT)
- Diagnóstico
- Topologías a medida
- Máximo rendimiento
- Componentes de software flexibles
- Integración de aplicaciones de bus de campo
- Switches
- Topologías de red
- Estrella
-Arbol
-Lineal
- Anillo (redundancia)
- Estándares de TI y seguridad de datos
- Gestión de diagnósticos
- Protección frente a posibles errores
PROFINET.
Sistema de instalación apto para la industria, capacidad de
tiempo real, integración de dispositivos de campo descentralizados,
aplicaciones de control de movimiento con tráfico isócrono, simple administración
y diagnóstico de redes, protección contra accesos no autorizados, ingeniería
eficiente y no propietaria, y alta disponibilidad de máquinas e instalaciones:
con PROFINET, el estándar de Industrial Ethernet abierto y no propietario, se
cumplen todos estos requisitos.
Como parte integrante
de la norma IEC 61158, PROFINET se basa en el estándar internacional Ethernet
(IEEE 802.3), por lo que apuesta por Fast Ethernet a 100 Mbit/s y la tecnología
de conmutación. PROFINET se caracteriza especialmente por las siguientes
características: utilización conjunta de comunicación en tiempo real y basada
en TCP en un solo cable, así como la comunicación escalable en tiempo real para
controladores, periferia descentralizada y control de movimiento.
De esta forma, PROFINET permite unos tiempos dereacción más
breves así como homogeneidad desde el nivel de campo hasta el nivel de gestión.
PROFINET abarca todo el abanico de aplicaciones de
automatización, donde podemos distinguir tres tipos de tiempo real:
• Comunicación TCP/IP y UDP/IP
• Tiempo real (RT)
• Tiempo real isócrono (IRT)
Comunicación TCP/IP y UDP/IP
La transferencia de datos con TCP/IP y UDP/IP donde el
tiempo no es un factor crítico constituye la base tecnológica de la comunicación,
por ejemplo, para la parametrización y la configuración.
TCP/IP constituye un estándar de facto en el mundo de las tecnologías
de la información
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).
Comunicación en tiempo real
Comunicación en tiempo real con PROFINET PG / PC 100 ms Automatización
de fabricación Control de movimiento 10
ms <1 ms
Servicios de TI TCP/IP Datos de proceso Tiempo real
Tiempo real (RT)
La funcionalidad de tiempo real se utiliza para datos de proceso
donde el tiempo resulta crítico, es decir, con datos útiles cíclicos o alarmas
(interrupciones) controladas por eventos. PROFINET utiliza un canal de
comunicaciones en tiempo real optimizado para las necesidades de tiempo real de
los procesos de automatización. Así se minimizan los tiempos de ejecución y se
aumenta el rendimiento a la hora de actualizar los datos de proceso. Las
prestaciones son comparables a las de los buses de campo, permitiendo unos tiempos
de reacción de entre 1 y 10 ms.
Al mismo tiempo se
reduce considerablemente la potencia de procesador necesaria en el dispositivo
para la comunicación. En esta solución es posible utilizar componentes de red
estándar.
Los switches de la gama SIMATIC NET permiten una transferencia de datos óptima. Para ello
se establecen prioridades en los paquetes de datos según la norma IEEE 802.1Q.
Los componentes de red controlan el flujo de datos entre los
dispositivos en función de estas prioridades. Para los datos en tiempo real se
toma como base la prioridad estándar Prio 6, el segundo nivel más alto. De esta
forma se garantiza un tratamiento prioritario frente a otras aplicaciones, a
las que se asignará un nivel de prioridad inferior.
Tiempo real isócrono (IRT)
Para aplicaciones especialmente exigentes, como las de control
de movimiento, se dispone de Isochronous Real-Time (IRT). Con IRT se consigue
un tiempo de ciclo de menos de 1 ms con una fluctuación de menos de 1 µs.
Así, el ciclo de comunicación se divide en una parte
determinista y otra abierta. En el canal determinista se transportan los
telegramas IRT cíclicos, mientras que en el canal abierto lo hacen los telegramas
TCP/IP y RT. Así, ambos tipos de transferencia resultan independientes, sin que
uno afecte al otro.
Por ejemplo, es posible acceder a los datos del dispositivo
con un ordenador portátil desde cualquier punto de la instalación, sin que esto
afecte a la regulación isócrona.
El ASIC ERTEC (controlador Ethernet de tiempo real mejorado)
soporta estos dos tipos de tiempo real y constituye la tecnología de base para
las soluciones de sistema integradas conPROFINET. El ASIC ERTEC se integra en
terminales y componentes de red Integración de buses de campo
PROFINET permite integrar redes PROFIBUS y otros sistemas de
bus de campo ya existentes. De esta forma es posible estructurar cualquier
sistema formado por subsistemas basados en Ethernet o en un bus de campo, así
como convertirlo en un sistema PROFINET.
El esquema con proxy facilita la integración de sistemas de bus
de campo existentes, todo ello con una mayor transparencia.
El proxy representa en Ethernet a uno o varios dispositivos
de bus de campo (por ejemplo, en PROFIBUS).
Se encarga de convertir la comunicación entre las redes de forma
transparente (sin tunelización de protocolos) y, por ejemplo, hace pasar los
datos cíclicos a los dispositivos de bus de campo.
Como maestro PROFIBUS, el proxy coordina el intercambio de
datos entre los nodos de la red PROFIBUS. Al mismo tiempo es un nodo Ethernet
con comunicación PROFINET.
Los proxy pueden funcionar como controladores o comogateways
puros.
Además de los proxy con cable para Industrial Ethernet, SIMATIC
NET también dispone de estos dispositivos con conexión a redes inalámbricas
IWLAN Dispositivos de campo descentralizado.
En el estándar de PROFIBUS International, PROFINET IO tiene
definidos los siguientes tipos de dispositivos:
• IO-Controller: controlador (p. ej. PLC) en el que se ejecuta
el programa de automatización
• IO-Device: dispositivo de campo descentralizado asignado a
un IO-Controller
• IO-Supervisor: programadora/PC con funciones de puesta en
marcha y diagnóstico o equipo HMI
El dispositivo de campo lee las señales de la periferia y
las transfiere al IO-Controller. Éste las procesa y vuelve a transmitir las
señales de salida al IO-Device.
El IO-Device y el IO-Controller se comunican entre sí.
Para la conexión directa de dispositivos de campo
descentralizados a Industrial Ethernet, PROFIBUS International ha definido el
estándar PROFINET IO. Gracias a él, los dispositivos de campo transmiten sus datos
cíclicamente a la imagen de proceso del controlador (p. ej. PLC)
correspondiente. Aquí, PROFINET admite 1.440 bytes/ciclo por dispositivo de
campo, superando el volumen de datos que se puede enviar a través de un bus de
campo. De esta forma, con PROFINET también es posible utilizar servicios habituales
de las tecnologías de la información para los dispositivos de campo, como su puesta
en marcha usando navegadores Web o su diagnóstico a través de SNMP (protocolo
simple de gestión de red).
Para la interacción entre controladores y la periferia
descentralizada, PROFINET presenta un modelo proveedor/consumidor. Según dicho
modelo, el proveedor envía sus datos al consumidor sin petición por parte de su
interlocutor de comunicación. Éste procesa los datos. A través de la
configuración se determina la asignación de proveedores a consumidores.
Diagnóstico
PROFINET IO ofrece un esquema de diagnóstico integral para la
localización y la solución eficiente de fallos y errores. Si se produce un
fallo, el IO-Device afectado genera una alarma de diagnóstico en el IO-Controller.
Éste accede en el programa de usuario a la rutina de programa correspondiente
para solucionar el error. La información de diagnóstico también se puede leer
directamente en el IO-Device y visualizarse en la programadora o PC (IO-Supervisor).
El dispositivo de campo también genera una alarma de diagnóstico si se produce
un fallo en un canal. El mecanismo de acuse de fallos garantiza el tratamiento
secuencial de los errores en el IO-Controller.
Dentro de la gama Totally Integrated Automation, Siemens también
ofrece una solución de sistema integrada para redes:
SCALANCE. Los nuevos switches Industrial Ethernet se
configurancon STEP 7 y, al igual que los dispositivos de campo, se diagnostican
durante el funcionamiento. La información de diagnóstico se procesa en el
programa de usuario del PLC.
Esta funcionalidad integrada presenta ventajas para la
ingeniería, la puesta en marcha y la fase de explotación de la Instalación
Topologías a medida
La tecnología de conmutación de PROFINET permite la
implantación flexible de cualquier topología de red, adaptándose así de forma
inmejorable a la máquina o instalación. También es posible el cambio entre
distintos medios: de cobre a fibra óptica y viceversa. La tecnología de
conmutación permite, por ejemplo, cerrar una estructura lineal formando una topología
en anillo para permitir la redundancia del medio.
La conmutación al medio de reserva en caso de fallo se realiza
también sin interrupción alguna en el canal de comunicación isócrono.
En instalaciones modulares, PROFINET también permite la comunicación
entre los controladores de movimiento de forma isócrona en el canal
correspondiente. De esta forma es posible implementar fácilmente aplicaciones
que exigen la sincronización de ejes distribuidos, por ejemplo, para reemplazar
soluciones mecánicas a base de eje central.
Máximo rendimiento
La ya amplia capacidad funcional de PROFIBUS se ha visto Superada
con creces por PROFINET. Para empezar, el número de nodos o estaciones no está
limitado. Un telegrama PROFINET puede transportar hasta 1.440 bytes de datos de
proceso. Los bloques de datos pueden tener un tamaño de hasta 4 Gigabytes, por
ejemplo, para transferir imágenes de un producto en elaboración a un sistema de
visión artificial que a partir de su contorno calcula el perfil de leva para el
movimiento.
Los recursos disponibles de PROFINET con IRT son más que suficientes
para el futuro. Esto queda patente con el siguiente ejemplo: en un ciclo de medio
milisegundo se pueden operar 70 accionamientos con un alto rendimiento y de
forma isócrona. Aún quedará un 50% de recursos para la comunicación abierta con
protocolos estándar de TI, por ejemplo, para ingeniería, diagnóstico, mantenimiento
remoto o adquisición de datos de proceso
Componentes de software flexibles
Como componentes de software entendemos funciones de software
encapsuladas que se pueden utilizar repetidamente.
Puede tratarse de funciones tecnológicas, como reguladores,
o del programa de usuario de toda una máquina. Al igual que los módulos, se
pueden combinar de forma flexible y utilizar una y otra vez independientemente
de su programación interna. La comunicación entre los distintos componentes de
software se lleva a cabo exclusivamente a través de sus interfaces. Desde el
exterior sólo es posible acceder a estas interfaces a través de las variables necesarias
para su interconexión con otros componentes.
Integración de aplicaciones de bus de campo
Con PROFINET CBA es posible mapear toda una
aplicación de bus de campo como componente PROFINET. Esto será importante
siempre que se vaya a ampliar por medio de PROFINET una instalación ya existente. Poco importará con qué bus de
campo se haya automatizado parte de la instalación.
Para que la instalación existente se pueda comunicar con
PROFINET, el maestro de la aplicación de bus de campo que se vaya a conectar
deberá ser capaz de comunicarse por medio de PROFINET. Los controladores de las
gamas S7-300 o S7-400 existentes se pueden ampliar con coprocesadores dedicados,
los denominados procesadores de comunicaciones, para obtener conectividad
PROFINET. De esta forma se podrán utilizar los recursos de bus de campo existentes
(p. ej., PROFIBUS DP) dentro de los componentes y los recursos PROFINET fuera
de ellos. Esta posibilidad de migración garantiza un alto grado de seguridad de
la inversión en las instalaciones existentes.
Switches
PROFINET apuesta por la tecnología de conmutación a 100
Mbit/s. A diferencia de otras tecnologías, aquí cada nodo puede enviar datos en
todo momento, ya que siempre hay establecida una conexión punto a punto con el
siguiente switch. La conexión puede funcionar en ambos sentidos al mismo tiempo
(envío y recepción) con un ancho de banda de 200 Mbit/s. La principal ventaja:
los nodos o segmentos de red que no necesiten el telegrama no se verán
afectados por su transmisión.
Topologías de red
Las topologías de red se eligen en función de las necesidades
de los equipos conectados. Entre las más comunes encontramos la topología en
estrella, lineal, en árbol o en anillo.
En la práctica, la mayoría de las instalaciones están
compuestas por estructuras mixtas. Estas topologías se pueden realizar tanto
con cables de cobre como de fibra óptica.
Estrella
La topología en estrella se caracteriza por tener un switch central
con conexiones a los distintos terminales de la red. Las estructuras en forma
de estrella se utilizan en zonas con gran densidad de aparatos y poca extensión
longitudinal, por ejemplo, pequeñas células de producción o una única máquina.
Árbol
La topología en árbol se forma agrupando varias estructuras en
estrella en una red, dado el caso, combinando cables de fibra óptica y de par
trenzado. Se suele utilizar para dividir instalaciones complejas en segmentos.
Lineal
Esta topología la encontramos cuando un switch está cerca del
terminal al que se conecta o cuando el terminal está integrado en el propio
switch. La topología lineal es recomendable en instalaciones que cubren grandes
distancias, por ejemplo, en sistemas de transporte y manutención o para la
conexión de células de producción.
Anillo (redundancia)
Si los extremos de una línea se unen por medio de una conexión
adicional, obtendremos una estructura en anillo. Se utiliza en instalaciones
con grandes requisitos de disponibilidad para así protegerse en caso de rotura
de un cable o de fallo de un componente de red.
Estándares de TI y seguridad de datos
En PROFINET hay definidas funciones pionera de gestión y diagnóstico
de redes.
Gestión de redes
A diferencia de los buses de campo, Ethernet ofrece en combinación
con TCP/IP y UDP/IP posibilidades adicionales para la gestión de redes. Los
aspectos de infraestructura de redes, gestión de IP, diagnóstico de red y
sincronización de hora forman parte de la gestión de redes integrada. Con ella,
la administración y la gestión de Ethernet resulta mucho más sencilla gracias a
la utilización de protocolos estándar en informática.
Gestión de diagnósticos
La fiabilidad de la red tiene prioridad absoluta en la
gestión de redes. Para el mantenimiento y supervisión de componentes de red y
sus funciones, se ha impuesto en las redes existentes el protocolo SNMP como
estándar de facto. Este protocolo permite accesos de lectura (supervisión,
diagnóstico) y escritura (administración) a los equipos.
Servicios Web
También es posible acceder a los dispositivos PROFINET a través
de un cliente Web. Dicho acceso se basa en tecnologías estándar del mundo de Internet,
como HTTP, XML, HTML o scripts. Los datos se transfieren en formato estándar
(HTML, XML) y se visualizan con programas estandarizados (navegadores como
Netscape, MS Internet Explorer, Opera, Firefox, etc.). De esta forma es posible
integrar la información procedente de los equipos PROFINET en sistemas de
información modernos y con compatibilidad.
Protección frente a posibles errores
Durante la transmisión de datos existen distintas fuentes de
error potenciales: falsificación de direcciones, retardos o pérdida de datos,
etc. PROFIsafe se enfrenta a ellas con cuatro tipos de medidas:
• Numeración consecutiva de los datos de PROFIsafe
• Vigilancia de tiempo
• Vigilancia de autenticidad mediante contraseñas
• Seguridad por CRC (comprobación de redundancia cíclica)
optimizada Las soluciones
existentes se pueden ampliar sin tener que modificar
el cableado.
Mapa Mental.
Bibliografia:
http://www.grupdap.es/ficheros/descrip-tecnicas/Profinet-2006.pdf
https://www.google.com.mx/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http%3A%2F%2Fwww.aainy.com%2Fpdf%2Fprofinet_automation.pdf&ved=0CCYQFjAHahUKEwiz8eSm6uPIAhXJnYgKHYqbDdM&usg=AFQjCNGGrRLuoOtndOB-vSJwhFT66WB8hg
https://www.google.com.mx/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https%3A%2F%2Fw5.siemens.com%2Fspain%2Fweb%2Fes%2Findustry%2Fautomatizacion%2Fsce_educacion%2Fdocumentacion%2FDocuments%2FPROFINET.pdf&ved=0CBgQFjAAahUKEwiz8eSm6uPIAhXJnYgKHYqbDdM&usg=AFQjCNFkGtlg5uHviJnJCTdao-UyCStaIA
