PROFINET de nieuwe generatie van datacommunicatie in de automatiseringsindustrie – is flexibeler, efficiënter en sneller.
Maar hoe werkt PROFINET precies?
Wat gebeurt er tussen de controller, I/O-apparatuur en switches?
Een vergelijking tussen PROFINET en PROFIBUS laat dit zien. Bij PROFIBUS zijn de master en de deelnemers
verbonden door een kabel met één aderpaar. Er is een constant vraag- en antwoordspel waarin de master alle deelnemers controleert. We maken een vergelijking met het wegverkeer:
Stel je een straat voor met slechts één rijstrook waarop, op ieder moment, slechts één voertuig in één richting kan rijden.
Een bestelwagen rijdt van de fabriek naar zijn eerste leverancier en weer terug. Dan rijdt hij naar de tweede leverancier en weer terug.
Tot dat hij alle leveranciers bezocht heeft.
Dit proces verloopt slimmer met PROFINET. De master wordt nu controller genoemd en is verbonden met de verschillende netwerk nodes door een kabel met 2 aderparen.
Nu hebben we een 2-baansweg, voor het verkeer heen en terug. Met behulp van switches worden telegrammen intelligent en direct naar de betreffende I/O-apparatuur verzonden, zonder enig oponthoud.
Dit betekent dat de dataoverdracht sneller en efficiënter verloopt dan met PROFIBUS. Deze technologische vooruitgang wordt gebruikt voor snellere en nauwkeurigere
productieprocessen, omdat meer data gelijkertijd verstuurd kan worden.
De hierdoor toenmende verkeersdichtheid veroorzaakt een hogere netwerkbelasting. Dit wordt beïnvloed door de ingestelde
update frequentie, de lijndiepte en de netwerkstructuur. De update-frequentie is het tijdsinterval tussen de telegrammen die worden
verzonden tussen de controller en de I/O-apparatuur. PROFINET biedt hoge flexibiliteit omdat in de hardware-configuratie
de update-frequentie, voor iedere deelnemer, apart in de controller kan worden ingesteld. Deze snelheid moet gebaseerd zijn op de cyclustijd van de PLC en moet
zo hoog als nodig, maar niet zo snel als mogelijk worden ingesteld.
Het is bijvoorbeeld onnodig om iedere milliseconde de fabriek te beleveren als deze slechts om de 4 milliseconden nieuwe grondstoffen nodig heeft.
Een flexibele update-rate betekent dat het dataverkeer en de netwerkbelasting moeilijker te voorspellen is op de diverse knooppunten in het netwerk.
Switches regelen het telegramverkeer op een intelligente wijze, maar net als verkeerslichten zijn ze ook een obstakel voor het dataverkeer.
Hoe werken deze slimme verkeerslichten?
Switches werken bijna uitsluitend in “store-and-forward” mode: Telegrammen worden eerst gecontroleerd op CRC-fouten of fragmenten
voordat ze worden doorgestuurd.
Foute telegrammen worden verwijderd. Als gevolg hiervan moet bij elke switch een tijdsvertraging worden verwacht.
Als verwachte telegrammen te laat binnenkomen, wordt dit jitter genoemd.
Nu komt de lijndiepte in het spel. Dit specificeert het aantal overgangen tussen de I/O-apparatuur en de controller,
m.a.w. hoeveel verkeerslichten komt het voertuig tegen op weg naar de fabriek. Bij het ontwerpen is het belangrijk om deze
lijndiepte te bepalen in relatie met de frequentie van de update-rate.
PROFIBUS maakt voornamelijk gebruik van een lijnstructuur; PROFINET past een mix van ster-, boom-, lijn- en ringstructuren toe.
Kabellengtes van maximaal honderd meter tussen de PROFINET deelnemers zorgen voor betrouwbare dataoverdracht. De PROFINET-technologie maakt het mogelijk
deze structuren razendsnel te veranderen. Daarom is constante monitoring met een up-to-date topologieplan essentieel.
Overzicht van de actuele bekabeling zorgt dat het verband tussen de netwerkstructuur en de gediagnosticeerde fout snel gemaakt kan worden.
Om een indruk te krijgen hoe datacommunicatie realtime verloopt:
PROFINET maakt een datatransmissiesnelheid van 100Mbit/s mogelijk, dit zijn max. 100.000 telegrammen per seconde. Tussen de controller en de eerste switch
is het telegramverkeer veelal het grootst, maar a-cyclisch dataverkeer belast het netwerk ook. Dit zijn TCP/IP pakketten die worden veroorzaakt door een bedieningspaneel,
data-acquisitie gegevens uit de productie en SNMP-requests. TCP/IP is net zo snel als PROFINET, maar veel groter en ze maken langer gebruik van de transmissieweg. Hoewel de PROFINET in principe voorrang heeft op TCP/IP verkeer, kan het TCP/IP verkeer de PROFINET dataoverdracht verstoren.
De verhouding van de netwerkbelasting tussen PROFINET en TCP/IP-communicatie moet daarom specifiek worden ingesteld.
Te zware belasting beïnvloedt het gedrag van de switches. Elke switch heeft geheugencapaciteit voor tijdelijke opslag: een wachtrij.
Als het druk is, slaat de wachtrij de afzonderlijke telegrammen op. Als het te lang druk blijft, raakt de wachtrij vol en gaan alle nieuw inkomende berichten verloren.
Deze zgn. discards zijn een voorbode van instabiele dataoverdracht. Zodra het dataverkeer afneemt, zullen de opgeslagen telegrammen één voor één naar hun bestemming worden gestuurd, omdat slechts één telegram per keer op elk deel van de route kan worden verzonden.
De netwerkstatus moet van tijd tot tijd worden getest, bijvoorbeeld met een netwerkscan,
of permanent worden gemonitord, zodat vooraf voor dreigende storingen wordt gewaarschuwd.
Houd er rekening mee dat dataverkeer, door een actieve diagnosetool verzonden, een extra belasting op het netwerk is.
Trajectcontrole: Voor permanente diagnose is daarom een passieve analysetool raadzaam. Door zijn opbouw heeft PROFINET-kabel het voordeel
van een snelle communicatieoverdracht. In vergelijking met de PROFIBUS-kabel zijn dubbele aderparen echter ook gevoeliger voor overspraak.
Dataoverdracht kan ernstig verstoord worden door bekabelingsfouten. Kwaliteitsmeting volgens CAT normering is daarom zeer belangrijk.
Als met al deze informatie rekening wordt gehouden, kan de effectiviteit, de snelheid en de productiviteit van een machine of installatie worden beïnvloed en langdurig worden gewaarborgd.
