PROFINET: lo standard di comunicazione sicuro nelle reti industriali

PROFINET è l'ulteriore sviluppo di PROFIBUS ed estende questo standard di bus di campo a nuove e utili applicazioni basate su Industrial Ethernet. Ma come funziona esattamente PROFINET? Perché dovreste utilizzare questo protocollo di comunicazione per l'automazione di fabbrica o di processo? E qual è la differenza tra PROFIBUS e PROFINET?

PROFINET offre i seguenti vantaggi:

integrazione semplice e senza soluzione di continuità di sistemi di bus di campo consolidati tramite proxy o gateway
elevata affidabilità operativa e disponibilità
accessibilità trasparente dei dati
opzioni diagnostiche dettagliate e significative

Le basi di PROFINET

PROFINET può essere utilizzato per implementare soluzioni di automazione nei settori dell'automazione di fabbrica, dell'automazione di processo e dell'automazione degli edifici. Le soluzioni vengono utilizzate anche nelle applicazioni di sicurezza e nell'intera gamma della tecnologia di attuazione, compreso il controllo del movimento sincronizzato.

Lo standard Industrial Ethernet aperto

PROFINET (Process Field Network) è uno standard di comunicazione basato su Industrial Ethernet con una gamma completa di applicazioni. Il bus di campo utilizza standard TCP/IP e IT è in grado di funzionare in tempo reale e consente l'integrazione di sistemi di bus di campo. PROFINET è stato sviluppato da Siemens e dalle aziende associate all'organizzazione degli utenti PROFIBUS (PNO) e viene utilizzato in combinazione con i sistemi di controllo Siemens. PROFINET è stato standardizzato dalle norme IEC 61158 e IEC 61784 e, come tecnologia di comunicazione universale, copre tutti i requisiti della tecnologia di automazione.

La compatibilità mondiale di un dispositivo PROFINET è garantita dalla certificazione dell'organizzazione degli utenti PNO.

Perché PROFINET è la scelta giusta per l'automazione del vostro impianto:

con la sua comunicazione universale basata su Ethernet, PROFINET soddisfa le più svariate esigenze. Dalla parametrizzazione ad alta intensità di dati alla trasmissione dati I/O estremamente veloce, PROFINET consente l'automazione in tempo reale e l'integrazione IT con un solo sistema. Grazie alla struttura modulare, gli utenti possono selezionare individualmente un pacchetto PROFINET adatto (profilo applicativo) e implementarlo nel loro impianto.
L'architettura aperta di PROFINET consente inoltre un'integrazione semplice e senza soluzione di continuità di soluzioni di bus di campo consolidate, ad es. tramite proxy o gateway. PROFINET offre anche concetti di diagnosi intelligenti per i dispositivi di campo e le reti. I dati di diagnostica aciclica forniscono importanti informazioni sullo stato dei dispositivi PROFINET e sulla loro comunicazione, consentendo così una presentazione user-friendly della rete.

Il campo di applicazione funzionale di PROFINET

Per soddisfare i diversi requisiti dei sistemi di automazione, PROFINET ha definito quattro classi di conformità (Conformance Classes - CC) che si basano l'una sull'altra e ciascuna ha una serie di funzioni adattate al tipico campo di applicazione. Queste riassumono le proprietà minime orientate all'applicazione:

CC-A contiene le funzioni di base ed è progettata, ad esempio, per l'impiego nell’automazione degli edifici.
CC-B amplia la gamma di funzioni per includere la diagnostica di rete e le informazioni sulla topologia; CC-B(PA) aggiunge funzioni rilevanti per l'automazione dei processi, come la ridondanza e la "riconfigurazione dinamica" (modifiche alla configurazione del controllore durante il funzionamento)
CC-C è un'ulteriore estensione per l'implementazione della comunicazione IRT (Isochronous Real Time) e quindi la base per le applicazioni sincronizzate
CC-D estende la classe C, ad eccezione del fatto che questi servizi sono forniti utilizzando i meccanismi del TSN (Time Sensitive Networking) definiti dall'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

La struttura del protocollo di comunicazione

PROFINET riduce il noto modello OSI a 7 strati ad un semplice modello TCP/IP a 4 strati. Così PROFINET, come altre tecnologie di comunicazione basate su Ethernet, utilizza il protocollo TCP/IP per il trasporto dei dati. I quattro livelli specifici del modello TCP/IP sono: rete, Internet, trasporto e applicazioni.

Trasmissione dei dati e topologia di PROFINET

Scambio di dati e capacità in tempo reale

PROFINET supporta il principio fornitore-consumatore per lo scambio di dati tra i partecipanti alla rete. Ciò significa che sia il controllore che il dispositivo di campo (IO-Device) inviano automaticamente i dati ciclici non appena devono farlo a causa di un guasto o di una richiesta. Inoltre, c'è la possibilità di una richiesta programmata, ad esempio che i dati vengano inviati automaticamente ogni x millisecondo.
Per soddisfare gli elevati requisiti in tempo reale, PROFINET offre meccanismi corrispondenti che consentono la comunicazione sia standard che in tempo reale in parallelo. Pertanto, la comunicazione con PROFINET è scalabile attraverso tre livelli di prestazioni che si basano l'uno sull'altro

la trasmissione dei dati tecnici e dei dati non critici per il tempo avviene via TCP/IP. Questa comunicazione standard è possibile tra tutti i dispositivi di automazione.
Per la trasmissione dei dati di processo è disponibile il canale in tempo reale Real-Time (RT)
Per le applicazioni sincronizzate con l'orologio, come il controllo del movimento, viene utilizzata la comunicazione isocrona in tempo reale (IRT), che consente una precisione di jitter di 1 μs o meno ad una velocità inferiore a 1 millisecondo.

Topologia di rete

PROFINET offre una topologia di rete flessibile per soddisfare in modo ottimale le esigenze in termini di espansione spaziale e disponibilità e può quindi facilmente seguire le condizioni degli impianti. A questo proposito saranno supportati:

la linea che collega principalmente i dispositivi terminali con interruttori integrati nel campo
la stella con un interruttore centrale, questo è installato principalmente nell'armadio elettrico
l'anello, prevalentemente per la realizzazione di ridondanze mediatiche e
l'albero, come una miscela delle topologie sopra citate

Tecnologia di collegamento

I dispositivi PROFINET vengono collegati esclusivamente tramite interruttori. Per consentire un'installazione semplice ed economica, molti dispositivi PROFINET dispongono già di uno switch con 2 o più porte integrate come componenti della rete. Come mezzo di trasmissione possono essere utilizzati sia cavi in rame che in fibra ottica.
Poiché PROFINET utilizza la stessa interfaccia fisica di Ethernet, per costruire o ampliare una rete si possono utilizzare switch Ethernet standard e un cablaggio adegua

Struttura del sistema PROFINET IO

La rete PROFINET IO (In e Output) è costituita da tre componenti di sistema (classi di apparecchi). L'IO-Controller avvia lo scambio di informazioni e lo gestisce tramite un controllore logico programmabile (PLC). L'IO-Device assegnato ad un IO-Controller (un dispositivo IO decentralizzato) e l'IO-Supervisor (dispositivo di programmazione (PG), un personal computer (PC) o interfaccia uomo-macchina (HMI)), che consente la configurazione e la diagnosi di una rete PROFINET IO.

PROFINET: L'ulteriore sviluppo di PROFIBUS

PROFIBUS è un sistema di bus di campo consolidato basato sulla comunicazione seriale. PROFINET, invece, è un ulteriore sviluppo di PROFIBUS e comprende ulteriori applicazioni basate su Industrial Ethernet.
Lo sviluppo di PROFINET è stato determinato dal numero di nodi di rete, dall'uso di un cavo Ethernet industriale, dalla velocità di trasmissione, dalla dimensione dei pacchetti di dati e dalla possibile coesistenza con altri protocolli che PROFINET può accettare.
Poiché entrambi gli standard di comunicazione sono stati sviluppati dalla stessa organizzazione e sono da essa mantenuti, vi sono delle analogie nei concetti di ingegneria e nell'uso dei file GSD (General Station Description) per descrivere le proprietà e le funzioni dei dispositivi PROFINET, compresi i loro moduli e sottomoduli.

Le nostre competenze Bürkert

Noi di Bürkert siamo da molti anni un partner affidabile per l'industria e offriamo soluzioni tecnologiche di alta qualità. Ciò vale anche per il settore della tecnologia dell'automazione. Anche la comunicazione digitale è una componente essenziale dei moderni concetti di automazione. Per questo motivo, ogni nostro prodotto con il protocollo PROFINET IO viene testato e pre-certificato da esperti interni e poi certificato dal PNO. La certificazione centrale dei prodotti PROFINET IO garantisce quindi la compatibilità globale. Bürkert è un membro di lunga data del PNO
Per fornirvi il miglior supporto possibile nell'automazione dei vostri impianti di produzione, offriamo il protocollo di comunicazione PROFINET IO per molte delle nostre applicazioni e prodotti.

Esempi di applicazione con PROFINET

I prodotti Bürkert con PROFINET IO si trovano principalmente nell'automazione di processo per il controllo e la regolazione di mezzi (gas, liquidi), ma sono sempre più utilizzati anche nei seguenti settori:

fornitura di gas combustibili
impianti di processo per la produzione di alimenti, nonché nell'industria delle bevande e nei caseifici
automazione e controllo per il trattamento delle acque/acque reflue

I nostri prodotti compatibili con PROFINET

Posizionatore elettropneumatico digitale per il montaggio integrato su valvole regolatrici di processo

Tipo 8692

Design in acciaio inox compatto e robusto
Messa in servizio facilitata con funzione X-Tune automatica
Sensore di corsa senza contatto
Canalizzazione dell'aria di controllo integrata e ventilazione della camera delle molle
EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 o Bürkert System Bus (büS)

Regolatore di processo elettropneumatico digitale per il montaggio integrato su valvole regolatrici di processo

Tipo 8693

Design in acciaio inox compatto e robusto
Messa in servizio con funzione Tune per regolatore di processo e posizionatore
Sensore di corsa senza contatto
Canalizzazione dell'aria di controllo integrata e ventilazione della camera delle molle
PROFIBUS DP-V1, EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP o büS (Bürkert System Bus)

Indicatore di stato elettropneumatico digitale SideControl

Tipo 8792

Struttura compatta e robusta
Avviamento semplice grazie alla funzione tune.
Funzioni diagnostiche integrate per il monitoraggio delle valvole
Sistema di regolazione dinamico senza consumo di aria nello stato di regolazione.
EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 o Bürkert System Bus (büS)

Regolatore di processo elettropneumatico digitale SideControl

Tipo 8793

Struttura compatta e robusta
Messa in servizio con funzione Tune per regolatore di processo e posizionatore
Funzioni diagnostiche integrate per il monitoraggio delle valvole
Sistema di regolazione dinamico senza consumo di aria nello stato di regolazione.
EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 o Bürkert System Bus (büS)

Misuratore di portata FLOWave (SAW)

Tipo 8098

Nessun elemento nel tubo di misura
Conforme ai requisiti igienico-sanitari, compatibile con impieghi CIP/SIP
Ideale per i fluidi con conducibilità bassa o assente
Comunicazione digitale, parametrizzazione tramite communicator, display e Wi-Fi
Struttura compatta, peso ridotto e basso consumo energetico

Mass Flow Controller (MFC)/Mass Flow Meter (MFM) per gas

Tipo 8745

Intervalli di portata nominale da 20 lN/min a 2500 lN/min (per l'azoto)
Elevata precisione di misurazione e ripetibilità
Comunicazione tramite segnali normalizzati o Industrial Ethernet
Disponibilità di azionamenti con valvola elettromagnetica e motorizzata
Facile sostituzione del dispositivo grazie alla memoria di configurazione

AirLINE - isola di valvole - ottimizzata per l’automazione di processo

Tipo 8652

Possibilità di prevedere dispositivi di sicurezza per lo spegnimento di valvole
Diagnosi semplice grazie a schermo LCD
Sicurezza di processo grazie a funzioni pneumatiche
ottimizzato per il montaggio su fondo dell’armadio elettrico
Versioni antideflagranti ai sensi di ATEX/IECEx Zona2

AirLINE SP – sistema di automazione elettropneumatico

Tipo 8647

Collegamento diretto ai sistemi I/O SIMATIC ET 200SP e ET 200SP HA
Possibilità di piena integrazione nel sistema di gestione processo Siemens PCS 7
Combinazione di Fieldbus, valvole pilota e moduli I/O
In grado di gestire le funzioni di "safety shut-off"
possibilità di prevedere dispositivi di sicurezza per lo spegnimento di valvole