Profinet

Profinet 

Objetivo

• Conocer el sistema de comunicación Profinet
• Establecer el acceso al medio de Profinet
• Identificar las topologias.  
• Ver velocidades de transmisión
• Reconocimientos de dispositivos
• Saber que medios físicos ocupa

Indice

 Introducción

Que es Profinet

Que ofrece Profinet 

Tipo de Comunicación

Comunicación en tiempo real

Integración de buses de campo 

Diagnóstico 

Topologías a medida 

Topologías de red 

Seguridad industrial 

Productos que simplifican las aplicaciones con PROFINET 

Introducción

PROFINET permite conectar equipos desde el nivel del campo (Plcs y otros dispositivos) hasta el nivel de gestión (sistemas informáticos e internet). PROFINET permite una comunicación homogénea con la ingeniería cubriendo toda la planta industrial y de gestión apoyando las tecnologías de la información hasta el nivel del campo. Es el estándar Ethernet abierto que cumple la especificación IEC 61158 para la automatización industrial.

Que es Profinet

Es un estándar ETHERNET para la automatización industrial. PROFINET permite conectar equipos desde el nivel del campo hasta el nivel de gestión además de una comunicación homogénea, una ingeniería que cubra toda una planta aprovechando las tecnologías de la información hasta el nivel del campo.

Que ofrece Profinet 

Safety Integrated

PROFINET cumple también todos los requisitos para una completa seguridad para las personas,

máquinas y el medio ambiente. A este respecto, PROFIsafe permite la utilización de

una misma red para la comunicación estándar y para la comunicación segura, todo en un

solo cable.

Estándares TI y seguridad

PROFINET ofrece todas las funciones necesarias para una configuración y un diagnóstico

óptimos. A través de Internet es posible acceder a todos los datos importantes desde cualquier lugar del mundo.

Además, PROFINET cumple los requisitos más exigentes en cuanto a seguridad de datos y de la red.

Fácil instalación de red

PROFINET apuesta por la tecnología de conmutación a 100 Mbit/s y, además del cableado

en estrella habitual en topologías Ethernet, admite topologías de red lineales y en anillo.

De esta forma se minimiza el gasto en cableado al tiempo que se consigue un alto grado de disponibilidad. Además, la comunicación inalámbrica permite introducir nuevas aplicaciones en la industria.

Inteligencia distribuida

PROFINET abre perspectivas totalmente nuevas en la implantación de estructuras de automatización

distribuidas: modularización coherente y fácil comunicación entre máquinas con un tipo de ingeniería para toda la planta gracias a la automatización basada en componentes.

Proceso

PROFINET ha sido concebido como estándar completo para todas las tareas de automatización. En los gremios de normalización se elaboran actualmente complementos específicos para su aplicación en plantas de proceso y la integración de instrumentación industrial y equipos de análisis.

Comunicación en tiempo real

PROFINET responde a todas las necesidades de tiempo real impuestas en las tareas de automatización,

incluso las de tipo isócrono. PROFINET también resulta ideal para las aplicaciones especialmente complejas, como las aplicaciones de control de movimiento.

Dispositivos de campo descentralizados

PROFINET permite la conexión directa de dispositivos de campo a Industrial Ethernet.

De esta forma es posible un intercambio de datos rápido entre la periferia y el controlador, y se mejoran considerablemente las posibilidades de diagnóstico.

Control de movimiento

PROFINET permite implantar, sin grandes gastos ni esfuerzos, soluciones de regulación de

accionamientos muy rápidas e isócronas para aplicaciones de control de movimiento de alto

rendimiento, disponiendo al mismo tiempo de la comunicación TCP/IP.

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 de reacción 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)

Tipo de 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

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.



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.

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 como Gateway puros.

Además de los proxy con cable para Industrial Ethernet, SIMATIC NET también dispone de estos dispositivos con conexión a redes inalámbricas IWLAN.

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.

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.

PROFIdrive:

La interfaz funcional entre los controladores y los accionamientos tanto para PROFINET como para PROFIBUS está definida con el perfil de accionamiento PROFIdrive de PROFIBUS International.

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.

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.

Programación de la lógica de control y generación de componentes:

Los constructores de maquinaria o instalaciones generan los componentes y utilizan las distintas herramientas específicas para la programación y configuración de los equipos. En el caso de SIMATIC, esta herramienta es STEP 7.

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.

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.

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 multimedia.

Seguridad industrial 

Con PROFINET es posible acceder a datos del nivel de campo desde el nivel de gestión. De este modo, es posible explorar y sacar partido de oportunidades ocultas de mejora de la productividad. No obstante, en todo momento se debe garantizar la seguridad de la red y de los datos.

La seguridad no sólo se ve amenazada por virus, troyanos y otras amenazas, sino que también deben evitarse direccionamientos accidentales incorrectos dentro de la empresa. Así, por ejemplo, debe evitarse que el robot de la nave 2 se ponga en marcha accidentalmente cuando se están realizando trabajos de mantenimiento en la cinta transportadora de la nave 1.

Es necesario encontrar soluciones sencillas y eficaces para evitar este tipo de situaciones de peligro. Con SCALANCE S, Siemens ofrece los componentes de red para proteger los datos en entornos industriales con PROFINET. Las interfaces gráficas de usuario son similares a las de los componentes de automatización y resultan muy intuitivas.

El documento «PROFINET Security Guideline» presenta fundamentos y conceptos sobre la seguridad de datos en entornos industriales. Ejemplos:

• Control de acceso y autorización

• Control de entrada

• Salvaguarda de datos y estándares de seguridad como cortafuegos

• VPN (redes privadas virtuales)

• IPSEC (codificación de datos)

Productos que simplifican las aplicaciones con PROFINET 

Siemens ofrece una amplia gama de productos para PROFINET que comprende tanto PLCs SIMATIC S7-300 y S7-400 como también PC y estaciones de trabajo. Los dispositivos de campo descentralizados de la gama SIMATIC ET 200 pueden conectarse directamente a PROFINET. Los dispositivos PROFIBUS existentes también pueden integrarse en una solución PROFINET. La gama de productos se completa con un extenso abanico de componentes de red activos y pasivos, productos de seguridad para construir redes Ethernet de seguridad en la industria, así como la posibilidad de comunicación inalámbrica con IWLAN.

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