O guia definitivo para PROFINET com IIoT!

Em um artigo anterior, discutimos a EtherNet/IP e seus benefícios. Hoje, vamos falar sobre o PROFINET e como você pode implementá-lo em sua indústria. Com todas essas informações, você pode decidir por si mesmo se a EtherNet/IP ou PROFINET funciona melhor para sua aplicação.

Redes industriais e protocolos

Mesmo se ainda vemos o 4-20mA/HART no mundo inteiro, cada vez mais redes digitais estão ganhando força no espaço industrial, pois sincronizam melhor com a digitalização.

Discussões sobre por que o analógico ainda é relevante são comuns, porque ele é robusto e simples, o que mantém a vida em campo fácil, certo? Mas e quanto à conectividade transparente entre campo e controle?

Com controladores ou equipamentos que oferecem quantidades significantes de dados, encontramos protocolos como Modbus RS485, OPC, e PROFIBUS DP. Você também pode trabalhar com FOUNDATION FIELDBUS H1, PROFIBUS PA, PROFINET, e muitos outros.

Essas redes industriais conectam equipamentos de campo com controladores, enviando diagnósticos, dando suporte a configurações e muito mais que o analógico puro não pode oferecer.

Sim, o 4-20mA ainda é rei no campo, principalmente por causa da lacuna entre os conceitos do fornecedor e as realidades do usuário. Evidentemente, a complexidade de redes digitais também atrasa a aposentadoria do analógico.

Mas agora nós temos a IIoT e a Indústria 4.0, pressionando por mais digitalização para que as soluções funcionem corretamente. Hoje, protocolos baseados em Ethernet e a comunicação sem fio estão cada vez mais presentes em novos projetos, e ainda há mais por vir, então precisamos estar prontos para isso.

Conceito geral de Ethernet

Se você já instalou um roteador ou equipamento conectado à internet, você provavelmente já usou ou viu um cabo de Ethernet, não é mesmo? Muitas pessoas pensam que "Ethernet" significa apenas o tipo de cabo usado. Na realidade, o cabo representa apenas a parte física da rede Ethernet.

Você pode ter muitos tipos de protocolo nesses cabos. Você provavelmente já ouviu falar de pelo menos dois deles – Internet Protocol (IP) (protocolo de internet) e Transmission Control Protocol (TCP) (protocolo de transmissão de controle). Esses dois são os mais convenientes em sua vida pessoal, mas no uso industrial precisamos de mais.

Instalações industriais

No chão de uma indústria, os controladores devem acessar dados em drives, E/S e estações de trabalho, e respostas rápidas são essenciais. A solução também precisa suportar a abrasão, umidade e mudanças de temperatura, entre outras coisas.

Então, especialistas em automação desenvolveram a Ethernet Industrial. A partir desse ponto, o PROFINET surgiu como um protocolo baseado em Ethernet.

O que é PROFINET?

Esse protocolo conecta equipamentos de processo – sensores, atuadores e semelhantes – a sistemas de controle. A PROFIBUS e a associação PROFINET International (PI) o criaram com a ajuda de múltiplos fornecedores.

Ele está em conformidade com a norma de Ethernet IEEE 802 em IEC 61158 e IEC 61784, o que significa que você pode ter uma impressora e um medidor de vazão na mesma rede! Legal, né? E o PROFINET é muito mais rápido que sua rede doméstica, com taxas de ciclo em submilissegundos.

Para explicar como isso funciona, vamos usar o ISO/OSI como nosso modelo de referência. Para conectar dois pontos em uma rede, o modelo de Interconexão de Sistemas Abertos (OSI) possui sete camadas. Você sabe como isso funciona?

O padrão Ethernet possui quatro camadas simples:

· Ethernet para conexões físicas e de dados

· IP para a rede

· TCP ou User Datagram Protocol (UDP - protocolo de datagrama do usuário) para transporte

· Outros protocolos para a aplicação

O PROFINET geralmente usa essas quatro camadas, embora exemplos como o Real-Time PROFINET possam ignorar as camadas de rede e transporte para acelerar tempos de resposta.

Três canais compartilham dados com um controlador no PROFINET:

· TCP/IP: Manuseia configurações, ajustes e operações de leitura/gravação cíclicos

· Real-time (RT): Contorna camadas TCP/IP para acelerar a automação entre 1 e 10 milissegundos

· Isochronous Real-Time (IRT): Troca cronogramas e organiza sinais para sincronização precisa

O sistema PROFINET I/O

O PROFINET trabalha dentro do modelo provedor-consumidor de troca de dados ao invés do modelo mestre-escravo adotado pelo PROFIBUS. Esses equipamentos se enquadram em três categorias:

Controlador

Geralmente, um controlador de lógica programável (PLC) ou um sistema de controle distribuído (DCS) opera o programa de automação. O controlador envia a saída para alguns equipamentos IO e recebe entradas de outros. Ele é similar a um mestre Classe 1 no PROFIBUS.

Equipamentos

Sensores ou atuadores conectados ao controlador através do cabo Ethernet compartilham dados com o controlador, similar a escravos no PROFIBUS.

Supervisor

Computadores pessoais, interfaces homem-máquina (HMI) e outros equipamentos de monitoramento, comissionamento ou diagnóstico agem de maneira similar que mestres Classe 2 PROFIBUS.

Para configurar um sistema PROFINET IO, você precisa de pelo menos um controlador e um equipamento. Mas você pode configurar sistemas de várias maneiras: múltiplos controladores para um único equipamento, um único controlador para vários equipamentos, ou diversos controladores para múltiplos equipamentos.

Geralmente, supervisores são usados temporariamente para localização de falhas e comissionamento.

Um sistema PROFINET também tem componentes de rede, como comutadores e pontos de acesso sem fio. Alguns componentes podem funcionar como equipamentos IO para diagnóstico aprimorado.

Configuração de equipamentos PROFINET

Para configurar um equipamento PROFINET IO, você precisa de duas coisas: uma ferramenta para agir como supervisor e um arquivo de descrição da estação geral (GSD). Seu fornecedor irá fornecer esse arquivo GSD, e ele é similar aos arquivos usados no PROFIBUS. Entretanto, aqui ele é baseado em XML, aqui chamado de GSDML.

Após a configuração, o arquivo GSDML é baixado no controlador, conectando-o ao equipamento. Entradas e saídas fluem entre os equipamentos e o controlador como dados cíclicos. Outras informações, como dados de diagnóstico, se movem como dados acíclicos.

A diferença entre PROFIBUS e PROFINET

Então qual você deveria usar, PROFIBUS ou PROFINET? Se você já leu meus outros artigos, você já sabe qual será minha resposta, mas para as pessoas novas – a melhor opção depende de diversos fatores em sua aplicação.

Basicamente, o PROFIBUS é um protocolo digital tradicional baseado na comunicação em série. O PROFINET é um novo protocolo baseado na comunicação da Ethernet Industrial. O PROFINET suporta uma comunicação mais rápida com mais largura de banda, permitindo pacotes de dados maiores que o PROFIBUS.

Esta tabela oferece uma visão geral das diferenças entre PROFIBUS e PROFINET:

Outra vantagem do PROFINET é que você pode usá-lo com comunicações sem fio proprietárias. O PROFINET é um padrão Ethernet, então você pode usar WI-FI e Bluetooth – se isso faz sentido em sua aplicação, é claro!

PROFINET e IIoT

Conectividade e abertura são a chave para sistemas IIoT eficientes. É importante coletar dados de campo para informações relevantes, e o PROFINET oferece uma conexão simples e transparente entre equipamentos de campo e serviços de IIoT baseados na nuvem.

A coexistência do PROFINET com outros protocolos permite que operadores entrem na era digital usando um meio físico familiar. Além disso, você pode exportar dados do campo para sistemas de alto nível com uma base de dados na nuvem usando outro padrão aberto junto com o PROFINET, com o OPC UA.

Nós entraremos em mais detalhes no próximo artigo, mas agora você já sabe que o PROFINET já é parte da era IIoT. Não se esqueça de também dar uma olhada no Ethernet APL; nós o discutiremos em breve.

Se você aprendeu algo útil hoje, compartilhe o artigo em suas redes sociais usando a hashtag #Netilion.

Muita saúde, e nos vemos na próxima!