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Profinet è uno standard innovativo e aperto tra i più diffusi al mondo. Sviluppato da Profibus International è un sistema di comunicazione basato su Industrial Ethernet. Diventato standard internazionale con la normativa IEC 61158 e definito in stretta collaborazione con gli utenti finali sulla base degli standard IEEE 802, IEC 61158 e IEC 61784, Profinet supporta l’integrazione di dispositivi di campo per automazione e applicazioni critiche dal punto delle temporizzazioni. Profinet a sua volta include due differenti protocolli, Profinet CBA (Component Based Automation) basato su standard di accesso quali RPC/DCOM/OPC e applicazioni modulari, e Profinet IO pensato per le applicazioni di campo e in tempo reale.

Profinet IO, modello, classi e dispositivi

Combinando la facilità d’uso di Profibus DP con un livello fisico Ethernet standard, Profinet IO offre maggiore velocità e semplicità di gestione richieste da volumi sempre più elevati di dati di dispositivi. Profinet IO presenta funzioni standardizzate per la parametrizzazione, la diagnostica e gli allarmi notevolmente più ampie rispetto ai sistemi bus tradizionali.

Con Profinet IO la metodologia di accesso master-slave di Profibus-DP è stata convertita al modello provider-consumer per lo scambio di dati. La progettazione di un sistema Profinet IO segue la stessa configurazione di un sistema Profibus. Ma per Profinet IO vengono definite le seguenti classi di dispositivi:

IO Controller: si tratta in genere del PLC su cui è in esecuzione il programma di automazione. L’IO Controller fornisce i dati di uscita agli IO Device configurati nel suo ruolo di provider e è il consumatore dei dati di input dei dispositivi IO.

IO Device: un IO Device è un dispositivo di campo I/O distribuito che è collegato a uno o più IO Controller tramite Profinet IO. È paragonabile alla funzione di uno slave in PROFIBUS. Il dispositivo IO è il fornitore di dati di input e il consumatore di dati di output.

IO Supervisor: può essere un dispositivo di programmazione o un HMI con scopi di messa in servizio o diagnostica.

Un’unità impianto contiene almeno un IO Controller e uno o più IO Device. I supervisori IO sono generalmente integrati solo temporaneamente per finalità di messa in servizio o risoluzione dei problemi.

Profinet IO Device Model

Livelli di prestazione e conformità

La comunicazione in PROFINET presenta tre livelli di prestazioni che coprono l’intero campo delle applicazioni per l’automazione: 1) TCP, UDP e IP per dati non critici rispetto al tempo, come le operazioni di configurazione; 2) Soft Real-Time (SRT) per dati di processo critici rispetto al tempo, utilizzata nella maggior parte delle applicazioni industriali; 3) Isochronous Real-Time (IRT) per applicazioni di Motion Control e ad elevate prestazioni.

La comunicazione standard attraverso il protocollo TCP-IP da tempi di risposta medi attorno ai 100 ms. La comunicazione tramite SRT Channel evidenzia un miglioramento dei tempi di trasmissione di un fattore 10, i tempi di risposta si attestano infatti attorno ai 10 ms. Le caratteristiche fondamentali dello standard Profinet includono l’uso in contemporanea di comunicazioni basate su TCP e comunicazioni Real-Time; il protocollo di comunicazione real time standardizzato sia per comunicazioni tra componenti in sistemi distribuiti, sia per comunicazioni tra i controllori e periferiche decentrate; la comunicazione real time scalabile. L’ambito delle funzioni supportate da Profinet IO è suddiviso in classi di conformità (CC) che forniscono un set di proprietà minime richieste dal protocollo: CC-A (funzioni base con comunicazione Real-Time), CC_B (diagnostica e topologia), CC-C (ulteriore implementazione per comunicazione IRT). Le classi di conformità servono anche da base per la certificazione e per le linee guida sul cablaggio.

Classi di conformità Profinet

Classi di comunicazione Real Time

Profinet IO definisce anche tre classi di comunicazioni real-time, che per semplicità possono essere raggruppate in due gruppi principali: la Classe 1 per comunicazioni Real Time (RT) in sistemi che richiedono cicli nell’ordine delle decine di millisecondi; le Classi 2 e 3 per la comunicazione isocrona (ovvero con trasferimento dati in tempo reale a intervalli di tempo equidistanti) e RealTime (IRT) in sistemi che richiedono cicli nell’ordine del centinaio di microsecondi e variazioni del tempo di ciclo inferiori a 1 μs. La velocità di trasmissione può essere di 100 Mbit/s oppure di 1 Gbit/s.

Profinet IO Class 1 (RT) è una variante in cui i vari dispositivi non sono sincronizzati e operano ciascuno con un proprio tempo di ciclo. All’inizio avviene la trasmissione dei dati RT di tipo ciclico, seguiti dai dati RT di tipo aciclico, come gli allarmi. Alla fine viene riservata una porzione di banda alla comunicazione non real-time che può coesistere sulla stessa rete fisica (ad esempio basata su TCP/IP). Nella classe 1 si cerca di raggiungere l’isocronia in modo software, facendo affidamento sulle priorità di Ethernet, con i pacchetti Profinet definiti di priorità 6 e gestiti da switch standard.

L’I/O Profinet di SENECA

R-16DI-8DO-P proposto da SENECA è un modulo digitale misto con doppia porta Ethernet 10/100 Mbps e supporto RT Class 1. Lo strumento è studiato per esigenze di cablaggio flessibile, spazi di installazione ridotti, applicazioni ad alta densità di I/O con networking Ethernet integrato. R-16DI-8DO-P conta 16 Ingressi digitali PNP/NPN e 8 uscite digitali a relè con portata massima 30V/1A. Il modulo è dotato di isolamento tra ingressi, uscite e restanti circuiti in bassa tensione pari a 1.500 Vac. R-16DI-8DO supporta la comunicazione Profinet IO e può essere connesso in modalità Ethernet daisy chain con fault-bypass per assicurare la connessione Ethernet anche nel caso di guasto di un modulo della catena.

La configurazione del modulo R-16DI-8DO-P può avvenire tramite software softPLC CODESYS e ambiente di progettazione Siemens TiA Portal/ Simatic / Step7. In ogni caso è necessario installare dapprima il file GSD (General Station Description) ovvero i un file XML o grafico, necessario per la configurazione di ogni dispositivo presente sulla rete Profinet IO.

Esempio di connessione Daisy Chain Con LAN Fault By-Pass (trasmissione dati attiva anche in caso di guasto o mancanza di alimentazione)
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