ProfiNet とは: アーキテクチャ、動作、タイプ、およびそのアプリケーション

Profinet テクノロジーは、によって開発および公開されました。 プロフィバス & PROFINET International は 2000 年初頭に設立されました。PROFINET は、革新的でオープン スタンダードな産業用イーサネット ソリューションであり、さまざまな環境でコントローラとデバイス間でデータを交換するために使用されます。 産業自動化 . PROFINET のコンセプトは、TCP/IP や XML などの IT 標準を使用してフィールド デバイス/マシンの通信、設定、診断を行うことにより、すべての産業オートメーション技術要件を簡単に満たします。したがって、これはよく採用されている産業用イーサネット ソリューションです。そのため、この記事では、Profibus に関する簡単な情報 (アプリケーションの操作) を提供します。

プロフィネットとは？

PROFINET (プロセス フィールド ネット) は、産業用制御システム内のデバイスとコントローラの間でデータを交換するために設計された、国際規格に基づく産業用通信規格です。ここで、コントローラは PLC、PAC、または DCS であり、デバイスはビジョン システム、I/O ブロック、RFID リーダー、プロセス機器、ドライブ、プロキシなどです。これはオープン スタンダードであるため、多くのメーカーが PAC などの PROFINET 製品を設計しています。 PLC、ロボット、ドライブ、IO、プロキシ、および診断ツール。

この産業用通信規格を使用することで、HMI、 シーケンサ 、分散 I/O、 センサー 、 違う 送信機 、VFD、およびアクチュエータを 1 つのネットワーク上に配置します。 Profinet はより迅速な応答時間を提供するため、データ収集がさらに向上します。

産業用 Profinet は、電気的ノイズの多い環境で優れた性能を発揮するシールド付きで利用できます。 Profinet デバイスを識別するには、デバイス名と IP アドレスで定義する必要があります。ネットワーク内のすべてのデバイスは、通信するために IP アドレスによって割り当てられる必要があります。 Profinet は、Profibus-DP と同様のリモート I/O として使用され、非常に高速な通信速度を提供します。

大規模なネットワークでは、Profinet を接続して簡単に配布するためにネットワーク スイッチが使用されます。 profinet のデバイスは、有効な IP アドレスによって識別されます。たとえば、profinet デバイスの IP アドレスが 191.127.0.20 の場合、最初の 3 桁にはネットワーク情報が含まれ、最後の 1 桁はデバイス番号です。

ProfiNet アーキテクチャ

PROFINET は、オートメーション設定内のコントローラとデバイス間でデータを交換するために主に設計された通信プロトコルです。そのため、最も広く使用されている産業用ベースのイーサネット ソリューションです。 PROFINET はオープン スタンダードであるため、多くのメーカーが PLC、ロボット、PAC、プロキシ、IO、診断ツール、ドライブなどの PROFINET のさまざまな製品を開発しています。
PROFINET は、診断、アラーム、機能安全、および追加情報など、さまざまなコンポーネント間のサイクリックおよび非サイクリック通信を単純に定義します。そのため、PROFINET はこれらのコンポーネントを接続するための通信媒体として標準イーサネットを使用します。

ネットワーク内の PROFINET コンポーネントはイーサネット ケーブルで接続されており、他のイーサネット プロトコルを同様のインフラストラクチャ内に共存させることができます。 PROFINET に加えて、イーサネットに基づく他のプロトコルを使用して、SNMP、OPC UA、HTTP、MQTT などのネットワークのバランスをとることができます。
ISO/に基づく ProfiNet アーキテクチャ OSI モデル を以下に示します。 PROFINET は、アプリケーション層である ISO/OSI モードの 7 つの層に存在します。通常、この 7 層の ISO/OSI モデルは、通信システムの抽象化層を定義するだけです。

ProfiNet の作業

産業用オートメーションでは、メッセージが予期されたときに正確に配信されることを意味する、高速で確定的な通信が必要になることがよくあります。そのため、PROFINET は、メッセージがタスクに基づいて適切な速度と確定性で配信されるようにする必要があります。しかし、すべてのアプリケーションが同様のパフォーマンスを必要とするわけではありません。

PROFINET は、上記のアーキテクチャに示すように、さまざまな通信チャネルを使用してデータを配信し、次のような適切なパフォーマンスを確保します。 TCP/IP または UDP/IP、RT (PROFINET Real-Time) IRT (Isochronous Real-Time)、および TSN (Time Sensitive Networking)。

PROFINET は TCP/IP を使用しますが、それ以外の場合は UDP/IP 通信を使用します。特に、構成やパラメータ設定などの時間的に重要でないタスクには特にそうです。 IP ベースの通信に関連する遅延とジッタが追加されるため、この手法はタイム クリティカルなタスクには適していません。

PROFINET は RT チャネルを使用して、非常に迅速かつ決定論的な方法でデータを配信し、タイム クリティカルなアプリケーションで使用します。 PROFINET RT は、タイムクリティカルなアプリケーションの大部分の必要性を満たします。したがって、全体的なパフォーマンスは主にネットワークの設計に依存しますが、250 µs ～ 512 ms のサイクル タイムを達成できます。したがって、PROFINET のすべての製品にこの機能が搭載されているため、PROFINET のリアルタイム メカニズムを利用するために特別な構成やハードウェアは必要ありません。

PROFINET IRT を使用してパフォーマンスを向上させ、イーサネット トラフィックの切り替えに使用されるルールを増やし、PROFINET のトラフィック用の特別なルールを作成することで、変更可能なデータの遅延を減らします。この IRT はオプションであり、印刷機や包装機などの正確な高性能ベースのアプリケーションでのみ必要です。

最新の PROFINET 仕様 V2.4 は、PROFINET over TSN のような第 4 の通信チャネルを開始します。これは、ISO/OSI モデルのデータ リンク層に位置する新しいテクノロジです。これは、デフォルトでイーサネットを決定論的にするために使用される IEEE 802 標準のセットです。 IEEE 規格の一部は次のとおりです。 IEEE 802.1AS、IEEE 802.1-2018、IEEE 802.1Q-2018、IEEE 802.1CB & IEEE 802.1Q-2018。

ProfiNet の種類

Profinet は、銅線ケーブルと同様に使用されるケーブルに基づいて、2 つのタイプで利用できます。 光ファイバーケーブル。

Profinet 銅ケーブル

これは緑色の 4 線シールド ケーブルで、100 メートルの距離で最大 100 Mbps のファスト イーサネットをサポートします。このケーブルを使用することにより、全二重伝送が実現されます。つまり、データは同時に 2 方向に伝送されます。さらに、1 Gbps の伝送速度では、8 芯の銅線ケーブルが使用されます。

PROFINET 銅ケーブルには、タイプ A、タイプ B、タイプ R、タイプ C の 4 つのタイプがあります。

• Type-A 銅ケーブルは、主に固定設置に使用されます。
• タイプ B の銅ケーブルは、屈曲が存在する場所で使用されます。これらのタイプのケーブルは、振動や時折の動きに耐えることができます。
• Type-R 銅ケーブルは、ロボット アプリケーションで使用されます。
• タイプ C 銅線ケーブルは特殊なアプリケーションで使用され、動きや動的環境に耐えることができます。たとえば、回転機械。
• 可動部品に使用されるトレーリング ケーブル、地下通信に使用される埋設ケーブル、防火に使用される難燃性の非腐食性ケーブルなど、他の銅ケーブルもあります。

Profinet 光ファイバー ケーブル

これらのケーブルは、コネクタのアセンブリに直接使用される 2 つの平行ワイヤを使用します。これらのタイプのケーブルは、最大 100 Mbit/s の速度と全二重通信を備えています。

これらのタイプのケーブルは、数キロメートルの距離をカバーできるなどの多くの利点を提供し、プラント領域間の完全な電気的絶縁を提供します。さらに、これらのケーブルは電磁干渉に対して耐性があります。これらのケーブルには、タイプ B とタイプ C の 2 つのタイプがあり、タイプ B のケーブルは柔軟な用途または固定用途に使用され、タイプ C のケーブルは振動や恒久的な動きなどの特殊な用途に使用されます。

ProfiNet 対イーサネット

の Profinet とイーサネットの違い 以下で説明します。

ProfiNet 対 Profibus

の プロフィネットとプロフィバスの違い 以下で説明します。

プロフィネット コネクタ

Profinet コネクタは、特に profinet ケーブルの終端用に設計されています。これらのコネクタは、手頃な価格と簡単な使用法により、非常に人気があります。したがって、これらはユーザーフレンドリーで、すばやく接続でき、高性能を提供し、構造が堅牢で、耐衝撃性があり、メンテナンスフリーです。

ProfiNet トポロジー

ネットワーク設計では、柔軟性とレイアウトが PROFINET の主な特徴です。すべての一般的なイーサネット トポロジが使用されている場合、ほぼ無制限の組み合わせオプションがサポートされます。そこにはさまざまな基本的な PROFINET トポロジーがあるため、正しいトポロジーの選択は PROFINET オートメーション プラントの設計にとって重要です。この設計の後、トポロジを調整する必要があります。 profinet トポロジを設定するには、追加のスイッチが必要になる場合があります。スター、ツリー、ライン トポロジーなど、さまざまな基本的な PROFINET トポロジーを利用できます。

スタートポロジー

スター トポロジは、部分的な地理的拡張を含むエリアに適しています。このトポロジは、多数の通信ノードが一般的なスイッチに関連付けられている場合に自動的に作成されます。 1 つの PROFINET のノードに障害が発生したり切り離されたりした場合、PROFINET の他のノードは継続して動作します。ただし、中間スイッチに障害が発生すると、接続されているすべてのノードへの通信が中断されます。

ツリー トポロジ

ツリー トポロジは、さまざまなスター ネットワークを 1 つのネットワークに接続することによって形成されます。機能ユニットは、スター ポイントに結合されたオートメーション プラントのパーツによって形成されます。したがって、これらは隣接するスイッチを介して相互ネットワーク化されます。スターポイントでは、単一のスイッチが信号分配器のように機能します。

回線トポロジ

ライン トポロジは、コンベア ベルトのオートメーション プラントで広く使用されており、小型の機械アプリケーションでも使用されています。 PROFINET のデバイスには、ライン トポロジーの認識に役立つ統合スイッチが装備されています。回線トポロジーを使用している場合、回線断が発生すると、故障した機器以降に配置されている機器との接続ができなくなります。そこで冗長化プロトコルで回線をリング状に拡張することで回避できます。

利点

の ProfiNet の利点 以下のものが含まれます。

• PROFINET は、柔軟性、オープン性、パフォーマンス、および効率という 4 つの重要な利点により、生産性を向上させる最善の方法を提供します。
• 高い運用可用性と信頼性。
• 透明なデータのアクセシビリティ。
• ゲートウェイ/プロキシを介して、確立されたフィールドバス システムを簡単かつ完璧に組み合わせることができます。
• 意味のある詳細な診断オプションがあります。
• Profinet を使用することで、スター、ライン、リング、ツリーなどのさまざまなトポロジ オプションを実行できます。
• 迅速かつ熟練したネットワーク試運転のためのトポロジー認識と診断を提供します。
• Profibus の機能安全は、誤った産業機械の機能による危険を回避します。

アプリケーション

の ProfiNeのアプリケーション 以下を含みます。

• PROFINET は、プロセス オートメーション、生産、安全、等時性モーション コントロール アプリケーションなどのさまざまなアプリケーションで使用されます。
• PROFINET は、すべてのオートメーション エンジニアリング分野で使用されています。
• これは、オートメーション設定内のデバイスとコントローラー間のデータ交換に使用される国際規格に基づくオープンな産業用イーサネット ソリューションです。
• プロセス フィールド Net は、Siemens PLC によって使用されます。
• PROFINET は、プロセス オートメーション、ビルディング オートメーション、ファクトリー オートメーションなどのオートメーション ソリューションを実装するために、さまざまな分野で使用されています。
• PROFINET は、データ通信用に産業用イーサネットを介して使用されます。
• 一般に、液体や気体などの媒体を変更および制御するための自動化プロセスで使用されます。
• これらは、燃料ガス供給、廃水または水処理の自動化と制御など、さまざまな分野でも使用されています。
• 飲料産業、酪農、および食品製造のプラントの処理に使用されます。
• ガス、自動車、石油、物流など、幅広い業界に適用できます。

したがって、これはすべてについてです Profinet の概要 テクノロジー – アプリケーションの操作。これは、市場で最も重要な産業用イーサネット規格です。これは未来志向のテクノロジーであり、世界的に確立されており、投資の保護と長期的な可用性を確保するために、いくつかの製品ベンダーによってサポートされています。 Profibus とは何ですか?