Informe Ethernet Industrial: Profinet

PROFInet es una solución de automatización distribuida: el modelo de componentes PROFInet divide el sistema general en módulos tecnológicos. El modelo de E/S de PROFInet contribuye a la integración de periféricos sencillos distribuidos. En este caso se mantiene la visualización de datos de entrada y salida de PROFIBUS. Visualización de componentes Visualización de datos de E/S.

Dependiendo de los requisitos concretos, PROFInet ofrece tres modelos de comunicación con distintas prestaciones:

- Modelo TCP/IP y DCOM para aplicaciones en las que el tiempo no es crítico.

- Tiempo real flexible (SRT, del inglés Soft Real Time) para aplicaciones típicas de automatización en tiempo

real (ciclo de tiempo de 10 ms):

La funcionalidad de tiempo real se utiliza para datos de proceso donde el tiempo resulta crítico, es decir, con datos de usuario cíclicos o alarmas controladas por eventos. PROFINET utiliza un canal de comunicaciones en tiempo real optimizado para las necesidades de tiempo real de los procesos de automatización.

De este modo se minimizan los tiempos de ciclo y se mejora el rendimiento a la hora de actualizar los datos de proceso. Las prestaciones son comparables a las de los buses de campo, y se permiten unos tiempos de respuesta 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 se pueden utilizar componentes de red estándar.

Los switches de SIMATIC NET permiten, además, una transferencia de datos optimizada. Para ello se establecen prioridades en los paquetes de datos según la norma IEE 802.1Q. En función de estas prioridades, los componentes de red controlan el flujo de datos entre los dispositivos. Para los datos en tiempo real se utiliza la prioridad 6 (el segundo nivel más alto) como la prioridad estándar. Esto garantiza un tratamiento preferente con respecto a otras aplicaciones que tienen asignados niveles de prioridad más bajos.

- Tiempo real isócrono (IRT) para aplicaciones de control de movimiento (ciclos de 1 ms):

La comunicación en tiempo real asistida por hardware, conocida como Isochronous Real-Time (IRT), está disponible para aplicaciones especialmente exigentes, como el control de movimiento, y aplicaciones de alto rendimiento en automatización manufacturera. Con IRT se consigue un tiempo de ciclo inferior a 1 ms con una fluctuación de menos de 1 μs. Para ello, el ciclo de comunicaciones se divide en una parte determinista y otra abierta. Los telegramas IRT cíclicos se transmiten por el canal determinista; los telegramas RT y TCP/IP, por el canal abierto. Por lo tanto, los dos tipos de transmisión de datos coexisten sin interferir entre sí. Por ejemplo, los usuarios pueden conectar un ordenador portátil a cualquier ubicación de la planta para acceder a los datos de los dispositivos sin que esto afecte al control isócrono.

La aceptación de PROFInet en el mercado depende, entre otras cosas, de si los sistemas de bus de campo existentes pueden o no ampliarse con PROFInet sin incurrir en grandescostes. Los sistemas de bus de campo (PROFIBUS, por ejemplo) pueden integrarse de dos formas distintas.

- Integración de unidades de bus de campo a través de proxies: cada unidad de campo representa un componente PROFInet independiente cuya comunicación con otros componentes se configura mediante el editor de conexiones de PROFInet. En este caso, el proxy representa a todas las unidades de campo de la comunicación Ethernet.

- Integración de aplicaciones de bus de campo: el segmento de un bus de campo representa un componente de PROFInet independiente y cuyo proxy (por ejemplo, un control) incluye una interfaz PROFInet. De este modo se dispone de todas las funciones del bus de campo subordinado como si se tratase de un componente de Ethernet.

Modelo de componentes

Normalmente, los sistemas se componen de varias subunidades que, en tanto que módulos tecnológicos, funcionan de manera bastante autónoma y se coordinan entre sí mediante un número gestionable de señales de sincronización, control de secuencia e intercambio de información.

El modelo de componentes de PROFInet se basa en este tipo de módulos tecnológicos compuestos de una combinación de sistemas mecánicos, electrónicos y programas de usuario, es decir, las partes propias de una unidad inteligente.

Externamente, la interfaz del componente tecnológico se define de modo que pueda comunicarse con otros componentes pertenecientes al sistema distribuido.

Desde la interfaz sólo se puede acceder a las variables necesarias para interactuar con otros componentes. En el caso de la ingeniería de sistemas, la comunicación entre los componentes y sus dispositivos está definida por la interconexión entre las interfaces de los componentes y la aplicación específica.

Los componentes PROFInet generados se interconectan con una aplicación a través del editor de conexiones de PROFInet, con sólo pulsar con el ratón en una librería. Esta interconexión sustituye la dificultosa programación de las relaciones de comunicación por una sencilla configuración gráfica.

PROFInet I/O

El modelo de componentes PROFInet resulta adecuado para unidades de campo inteligentes y controladores programables. Al igual que con PROFIBUS, la visualización de las entradas y salidas de PROFINET permite acceder a la descripción de las unidades de campo, con lo que, además, se integran los periféricos distribuidos en PROFInet.

La principal función de esta integración es que el programa usuario PLC procese los datos de entrada y salida de las unidades de campo distribuidas.

PROFInet I/O ofrece elementos de protocolo para las funciones siguientes:

- Transmisión cíclica de datos productivos.

- Transmisión acíclica de alarmas.

- Transmisión acíclica de datos de proceso y de diagnóstico.

La definición de PROFInet I/O se basa en la norma IEC 61158 de modelos de dispositivos. Esta especificación admite los siguientes requisitos: conversión sencilla de un dispositivo PROFIBUS DP contemporáneo (master o slave) a un dispositivo PROFInet I/O(controlador de E/S o dispositivo de E/S) y, siempre que sea posible,manteniendo la misma visualización de los dispositivos de E/S que la disponible en la actualidad con dispositivos esclavos de PROFIBUS DP (desde el punto de vista técnico, HMI, programa de usuario, servidor OPC...).

Comunicación en tiempo real:

Tiempo real flexible (SRT). Para poder satisfacer las exigencias de tiempo real de la automatización en tiempos de ciclo inferiores a 10 ms, la versión 2 de PROFInet especificó un canal de comunicaciones en tiempo real optimizado basado en Ethernet (Capa 2). Esta solución reduce los tiempos de ejecución de la pila de comunicación y mejora el rendimiento en lo que se refiere a la velocidad de actualización de los datos de automatización.

El tiempo real isócrono (IRT) está disponible en la versión 3 de PROFInet. PROFInet responderá así a los requisitos de tiempo real estricto de las aplicaciones de control de movimiento (150 ejes con tiempos de ciclo de 1 ms y pulsaciones de 1 μs).