PROFINET.

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

-UDP

- 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

Para garantizar unas comunicaciones seguras, PROFIsafe utiliza la comunicación de tiempo real (RT) de PROFINET. Entre una CPU y un dispositivo de campo de seguridad positiva se intercambian no sólo datos útiles, sino también información de estado y de control. Para ello no es necesario utilizar ningún hardware adicional.

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