PROFINET_IO_vs_PROFIBUS_DP.pdf

PROFINET IO vs. PROFIBUS DP

System PROFIBUS dzięki swojej ponad 15-letniej obecności na rynku jest dobrze znanym,

sprawdzonym i zaakceptowanym rozwiązaniem, przeznaczonym do komunikacji systemu

sterowania z rozproszonymi urządzeniami peryferyjnymi.

PROFINET IO, jako następca PROFIBUS DP, oferuje użytkownikowi przede wszystkim większą

funkcjonalność, ale również otwartość – szczególnie pod kątem integracji ze środowiskiem

aplikacji IT.

Głównym celem niniejszego artykułu jest porównanie najistotniejszych cech systemu

PROFINET IO z PROFIBUS DP. Ze względu na szeroki zakres tematu artykuł ten skupia się tylko na

wybranych zagadnieniach.

Topologia sieci

PROFIBUS DP na poziomie warstwy fizycznej (okablowania) najczęściej bazuje na RS-485.

Wszystkie urządzenia w segmencie są ze sobą połączone przy pomocy wspólnej, jednoparowej skrętki.

To powoduje że:

● obowiązuje jedna prędkość transmisji w całej sieci

● wraz ze wzrostem prędkości transmisji maleje długość segmentu (przykładowo dla 500 kbit/sek

segment może mieć do 400m długości, zaś dla 1,5 Mbit/sek tylko 200m)

● jednocześnie mogą wymieniać informacje tylko dwa urządzenia (jednym z nich będzie DP Master)

i to tylko w jednym kierunku (nadawanie lub odbieranie), ponieważ do komunikacji

wykorzystywana jest tylko jedna para przewodów.

W przypadku sieci wykonanej przy użyciu kabla miedzianego jedyną dozwoloną topologią segmentu jest

linia. Stosując dedykowane, aktywne komponenty sieciowe (wzmacniacze / koncentratory) można

w segmencie implementować odgałęzienia w celu otrzymania topologii przypominającej układ

drzewiasty.

W sieci PROFIBUS DP połączenia nadmiarowe (redundancja) można uzyskać tylko i wyłącznie

w przypadku sieci bazującej na światłowodzie. Sieć ma w tym wypadku strukturę pierścieniową.

Wykorzystując światłowody można pominąć ograniczenia wynikające ze stosowania kabli miedzianych

(podatność na zakłócenia elektromagnetyczne, maksymalna długość segmentu i jej zależność od

prędkości transmisji).

Standard PROFIBUS DP nie definiuje transmisji bezprzewodowej (w eterze lub poprzez podczerwień),

dlatego też decydując się na takie rozwiązanie w tym systemie należy stosować urządzenia jednego

producenta (nadajnik-odbiornik). Wykorzystanie takiego interfejsu może ograniczać prędkość transmisji

w całej sieci.

______________________________________________________________________________________________________

INTEX Sp. z o.o. | 44-100 Gliwice, ul. W. Pola 16 | Tel. 032 2307516 | Fax 032 2307517 | intex@intex.com.pl | www.intex.com.pl | NIP: 631-000-88-84

zarej. pod nr KRS 0000134132 w Sądzie Rejonowym w Gliwicach, X Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego | Kapitał zakł: 200.000 PLN

PROFINET IO vs. PROFIBUS DP - wersja 080501 - strona 1 / 12

Ilustracja 1: Przykładowa struktura sieci PROFIBUS

(WZMacniacz, KONCentrator)

PROFINET na poziomie warstwy fizycznej bazuje na sieci Ethernet. W sieci tej do jednego kabla mogą

być dołączone tylko dwie stacje (połączenie punkt-punkt) np. sterownik i urządzenie IO. Stosując

przełączniki sieciowe – czyli urządzenia koordynujące wymianę pomiędzy stacjami w sieci Ethernet -

istnieje możliwość zbudowania sieci o praktycznie dowolnej strukturze (linia, drzewo oraz pierścień).

Stosując urządzenia z wbudowanym przełącznikiem możliwe jest uzyskanie topologii liniowej bez

konieczności stosowania dodatkowych przełączników.

Maksymalna długość połączenia bazującego na skrętce ograniczona jest do 100m niezależnie od

prędkości transmisji. Ograniczenie to można ominąć stosując połączenia światłowodowe lub radiowe.

Do wymiany informacji pomiędzy dwoma urządzeniami wykorzystywane są dwie pary przewodów.

Dzięki temu stacje mogą jednocześnie wymieniać informacje w dwóch kierunkach (nadawać i odbierać).

W przypadku sieci Ethernet wykorzystywanej do komunikacji sterownika z urządzeniami peryferyjnymi

(IO), dobrą praktyką jest wydzielanie niezależnych klastrów szczególnie w sytuacji kiedy duży nacisk

położony jest na krótkie czasy odpytywania urządzeń.

Aby możliwe było tworzenie połączeń nadmiarowych (redundancja) należy zastosować odpowiednie

przełączniki sieciowe. Dozwolona w tym wypadku topologia sieci określona jest przez protokół

wykorzystywany przez przełączniki do programowej dezaktywacji/aktywacji nadmiarowych połączeń.

Dostępne są dwa rozwiązania:

● topologia pierścieniowa – przełączniki wykorzystują mechanizm menadżera redundancji do

dezaktywacji/aktywacji nadmiarowych połączeń. Mechanizm ten wykorzystywany jest np.

w protokole MRP (Media Redundancy Protocol)

● dowolna topologia sieci – przełączniki wykorzystują protokół STP/RSTP (Spanning Tree

Protocol / Rapid Spanning Tree Protocol) do zarządzania połączeniami nadmiarowymi.

Na poziomie łączącym poszczególne sterowniki (PLC), komputery przemysłowe (IPC), lokalne

wyświetlacze (HMI) czy też serwery zbierające dane z urządzeń obiektowych (serw), sieć PROFINET

będzie miała najczęściej strukturę pierścieniową ponieważ zapewnia ona najkrótsze czasy rekonfiguracji

w przypadku wystąpienia problemów typu przerwanie linii czy uszkodzenie przełącznika (ilustracja 2).

Podobny układ sieci występować będzie na poziomie sieci Ethernet łączącej komputery z aplikacjami

typu SCADA, MES, IT. Zaś w przypadku sieci biurowych wykorzystywany jest protokół STP/RSTP.

______________________________________________________________________________________________________

INTEX Sp. z o.o. | 44-100 Gliwice, ul. W. Pola 16 | Tel. 032 2307516 | Fax 032 2307517 | intex@intex.com.pl | www.intex.com.pl | NIP: 631-000-88-84

zarej. pod nr KRS 0000134132 w Sądzie Rejonowym w Gliwicach, X Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego | Kapitał zakł: 200.000 PLN

PROFINET IO vs. PROFIBUS DP - wersja 080501 - strona 2 / 12

Ilustracja 2: Typowa struktura sieci przemysłowej

Stosując sieć bezprzewodową zgodną z 802.11 (Wi-Fi) lub 802.15.1 (Bluetooth) użytkownik bazuje na

otwartym standardzie i w ramach jednego systemu może wykorzystywać urządzenia różnych

producentów.

Istotną cechą systemu bazującego na sieci Ethernet jest możliwość wykorzystywania różnych prędkości

transmisji w ramach tej samej sieci.

Cecha ta wynika z bezpośrednich połączeń pomiędzy urządzeniami (punkt-punkt), dlatego też

w zależności od potrzeb w tym samym systemie istnieje możliwość wykorzystania połączeń pracujących

z prędkościami 100 lub 1000 Mbit/sek i jednocześnie połączeń radiowych, które mogą pracować z

prędkością do 108 Mbit/sek.

______________________________________________________________________________________________________

INTEX Sp. z o.o. | 44-100 Gliwice, ul. W. Pola 16 | Tel. 032 2307516 | Fax 032 2307517 | intex@intex.com.pl | www.intex.com.pl | NIP: 631-000-88-84

zarej. pod nr KRS 0000134132 w Sądzie Rejonowym w Gliwicach, X Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego | Kapitał zakł: 200.000 PLN

PROFINET IO vs. PROFIBUS DP - wersja 080501 - strona 3 / 12

Konfiguracja systemu

Proces konfiguracji i uruchomienia systemu sterowania wykorzystującego sieć PROFIBUS DP można

podzielić na następujące etapy:

● import opisów urządzeń (plików GSD)

● definicja parametrów sieci (np. określenie prędkości transmisji)

● definicja wykorzystywanych adresów dla stacji DP Master oraz DP Slave

● przypisanie adresów stacjom DP Slave (w urządzeniu)

● dołączanie stacji do sieci w konfiguratorze systemu (stacje pobierane są z biblioteki dostarczanej

przez producenta aplikacji uzupełnionej o pliki GSD przez użytkownika)

● konfiguracja (definicja modułów) i parametryzacja stacji oraz poszczególnych modułów.

W przypadku systemu PROFINET IO należy wykonać podobne kroki, jedyną różnicą jest definicja

parametrów sieci. W PROFINET IO minimalna prędkość to 100Mbit/sek oraz tryb pełnego dupleksu

(możliwość jednoczesnego nadawania i odbioru).

Ilustracja 3: Przykład konfiguracji systemu PROFINET IO w STEP7

______________________________________________________________________________________________________

INTEX Sp. z o.o. | 44-100 Gliwice, ul. W. Pola 16 | Tel. 032 2307516 | Fax 032 2307517 | intex@intex.com.pl | www.intex.com.pl | NIP: 631-000-88-84

zarej. pod nr KRS 0000134132 w Sądzie Rejonowym w Gliwicach, X Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego | Kapitał zakł: 200.000 PLN

PROFINET IO vs. PROFIBUS DP - wersja 080501 - strona 4 / 12

Opis możliwości urządzenia

Aby umożliwić wykorzystanie urządzeń różnych producentów w ramach jednego systemu sterowania,

konieczne jest opracowanie języka opisu możliwości komunikacyjnych, konfiguracyjnych oraz

parametrów urządzenia. Opis ten docelowo będzie interpretowany przez narzędzie do konfiguracji

systemu sterowania.

W przypadku PROFIBUS DP urządzenia DP Slave są opisywane przy pomocy plików GSD

(General Station Description). Pliki GSD to pliki tekstowe, a więc do ich edycji można wykorzystać

np. standardowy Notatnik.

Ze względu na większe możliwości protokołu oraz samych urządzeń w przypadku PROFINET IO

do opisu stacji wykorzystano standard XML (eXtensible Markup Language), który pozwala na

strukturyzację opisywanych danych.

Pliki opisujące urządzenia IO-Device nazywane są GSDML (General Station Description Markup

Language).

Pliki te można również otwierać przy pomocy notatnika, jednak ze względu na najczęściej duży rozmiar

pliku, złożony opis urządzenia przy pomocy XML plik taki jest zdecydowanie mniej czytelny niż GSD.

Organizacja PI (PROFIBUS&PROFINET International) udostępnia firmom członkowskim przeglądarkę

plików GSDML. Dzięki tej aplikacji analiza zawartości pliku GSDML staje się bardzo prosta.

Ilustracja 4: Plik GSDML - widok kodu XML oraz widok przez przeglądarkę

______________________________________________________________________________________________________

INTEX Sp. z o.o. | 44-100 Gliwice, ul. W. Pola 16 | Tel. 032 2307516 | Fax 032 2307517 | intex@intex.com.pl | www.intex.com.pl | NIP: 631-000-88-84

zarej. pod nr KRS 0000134132 w Sądzie Rejonowym w Gliwicach, X Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego | Kapitał zakł: 200.000 PLN

PROFINET IO vs. PROFIBUS DP - wersja 080501 - strona 5 / 12

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: