Wykorzystanie komunikacji Profinet w sieciach opartych o switche Moxa

Kryspin Wach Bez kategorii, Factory Automation, Konwersja protokołów, Produkty, Przemysł, Sieć Ethernet, Systemy I/O Tagi: , , , ,
Profinet-logo

Standard komunikacyjny Profinet to jeden z najpopularniejszych standardów wykorzystywanych w sieciach przemysłowych.

Profinet pozwala na bardzo dobrą integrację sieci przemysłowych z sieciami IT. Standardowe sieci komunikacyjne oparte o Ethernet nie nadają się za bardzo do zastosowań w przemyśle. Głównym powodem jest brak determinizmu w przesyle informacji. Mówiąc wprost: informacje są dostarczane tak szybko i w takiej ilości na jaką pozwala infrastruktura, ale nie ma żadnej gwarancji ani na minimalną możliwą przepustowość ani tym bardziej na czas dostarczenia pakietu danych. Można częściowo rozwiązać problem poprzez zastosowanie mechanizmów priorytetu ruchu (mamy tu na myśli wszelkie możliwe mechanizmy Quality of Service i związane z tym przyporządkowanie priorytetu ruchu w zależności od jego rodzaju). Standardowe sieci Ethernet nie są jednak wyposażone w żadne mechanizmy, które gwarantowały by nam dostarczenie informacji w ściśle określonym czasie. Z odsieczą przychodzą nam tu właśnie sieci oparte o Profinet.

Sam Profinet jak najbardziej bazuje na Ethernecie. Najprostsze switche Ethernetowy (np. modele niezarządzalne) obsługują (przesyłają) ramki Profinetowe tak jak zwykłe ramki Ethernetowe. Nie występują tutaj więc żadne korzyści związane z zastosowania takich switchy w sieci, ale mamy zapewnioną jednocześnie kompatybilność wsteczną.

Sieci Profinet podzielone zostały na trzy klasy w zależności od sposobu w jaki ruch Profinetowy jest obsługiwany. Obsługa każdej z klas wiąże się z określonym zachowaniem urządzeń transmisyjnych biorących udział w wymianie danych.

Poniższy rysunek przedstawia poszczególne klasy Profinetu oraz podział pod względem trybów pracy real time:

Profinet - klasy

W przypadku aplikacji nie wymagających szybkich odpowiedzi czasowych (non real time) można wykorzystać zwykłe switche Ethernetowe (nawet niezarządzalne), które obsługują każdy rodzaj ruchu w taki sam sposób.

Komunikacja profinetowa (RT class 1, 2 i 3) wykorzystuje specjalne mechanizmy przyspieszające obsługę takiego ruchu. Wymiana danych na switchach odbywa się z pominięciem warstwy IP oraz stosu TCP/UDP. Natomiast w przypadku RT class 2 i 3 wszystko odbywa się dodatkowo w warstwie sprzętowej. Imlementacja obsługi Profinetu przedstawiona jest poniżej.

Implementacja Profinetu w switchach

W najprostszej postaci (przesyłane dane non real time) obsługiwane są standardowo tak jak zwykły Ethernet. Taki rodzaj komunikacji sprawdza się dobrze w komunikacji np. powiędzy serwerami czy panelami operatorskimi. Również zwykłe switche niezarządzalne obsługują każdy ruch tylko w ten sposób.

W przypadku trybu synchronicznego RT (synchronous real time, zwanym potocznie po prostu real time) komunikacja odbywa się już z pominięciem stosu TCP/IP. To zapewnia szybszy czas przesyłu danych. Taki ruch jest dodatkowo oznaczany wartością 6 w polu 802.1Q w ramce internetowej. Dzięki tym operacjom można uzyskać czas na poziomie do 10 ms.

Trzecim trybem pracy jest tryb izochroniczny real time (isochronous real time). Wymaga to już stosowania specjalnych układów przełączających w switchu. Pozwala uzyskać czasy na poziomie do 1 ms. W tym momencie Moxa nie posiada urządzeń wspierających ten tryb pracy.

Poniższy rysunek obrazuje jak przebiega współpraca pomiędzy danymi Ethernetowymi, a Profinetem w trybie real time i w trybie izochronicznym. Jak widać komunikacja Ethernetowa (różne protokoły i aplikacje) oraz komunikacja Profinet współistnieją na tych samych urządzeniach i są obsługiwane jednocześnie.

Profinet - implementacja

Dedykowane switche Moxa (np. serii EDS-405A-PN czy EDS-408A-PN) mogą pracować w trybie real time Profinet (Conformance Class A i B). Wymaga to oczywiście włącznia odpowiedniej opcji w konfiguracji samego switcha.

Profinet on Moxa switches

Po aktywowaniu zmian nasz switch zaczyna pracować w trybie Profinet Conformance Class B.

Osobną sprawą jest integracja switchy Moxa ze środowiskiem Simatic 7. Można tego dokonać w kilku krokach. Pierwszą czynnością jest oczywiście włączenie obsługi Profinet-u na samym siwtchu. Następnie zaimportowanie pliku GSD (dostępne są na stronie Moxy) do aplikacji Step 7. Opcjonalnie można również zaiportować grafikę switcha. Następnie można już wyszukać naszego switcha w programie Step 7 i skonfigurować jego adres IP, nazwę urządzenia (device name) oraz pozostałe parametry.

Proces konfiguracji przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Konfiguracja

Aby mieć pewność, że urządzenia będą poprawnie radziły sobie z obsługą Profinetu każdy producent powinien posiadać dokument potwierdzający pomyślny przebieg z testów wydajnościowych (zachowanie wymaganych parametrów) oraz z testów kompatybilności. Każdy model urządzenia powinien przejść takie testy.

Profinet - compatibility test

 

Poniżej lista najpopularniejszych switchy Moxa oferujących wsparcie dla Profinet-u:

 

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *