Haberleşme Protokolleri – Profinet

Daha fazla esneklik, verimlilik ve performans

Profinet, aynı zamanda işletmelerin daha başarılı bir şekilde çalışmasına yardımcı olur. Sağladığı maksimum esneklik ile, duruma özel makine ve tesis konseptleri için daha fazla özgürlük sunmaktadır. Üst düzey verimliliği ile mevcut kaynakların en iyi şekilde kullanımını sağlar. PROFINET endüstriyel Ethernet standardı eşsiz performansı ile en yüksek hassasiyet ve ürün kalitesini sağlar. Avantajınız: sürdürülebilir bir verimlilik artışıdır.

Neden PROFINET ?

• PROFINET endüstriyeldir bir protokoldür ve endüstriyel kullanım için tasarlanmıştır. TCP/IP mesajlarını paketler halinde gönderen Endüstriyel Ethernet’ten farklı bir yapıya sahiptir.  PROFINET in amacı hızlı, deterministik ve güvenilir yapıda endüstriyel uygulamalarda fayda sağlamaktır.
• PROFINET ayarlanabilir yapıda olup kullanılan cihazların özelliklerine göre belirtilen node sayısına kadar sorunsuz kullanılabilir. PROFINET ölçeklenmesini fabrika otomasyonundan, proses otomasyonuna veya hareket kontrolüne kadar bir çok alanı sayabiliriz.
• Ethernet için komple bir çözümdür. Genel Spekleri tamamlanmış ve stabil hale gelmiştir. Fonksiyonel güvenlik, enerji yönetimi, kapsamlı teşhis yöntemleri ve daha fazlasını destekler.
• PROFINET açık bir platformdur. Uluslararası PROFIBUS ve PROFINET konsorsiyumu tarafından geliştirilmiştir. PROFINET ürünleri geliştirmek ve kullanmak için herhangi bir yere üye olmanız gerekmez. Endüstriyel ethernette olduğu gibi bir seri kontrata imza atmanız gerekmez.
• PROFINET hızlıdır. Kullanıldığı uygulamanın ihtiyaçlarını karşılayacak hızlara ulaşabilir. Proses otomasyonu için 100 milisaniye, fabrika otomasyonu için 10 milisaniye ve hareket kontrolü için 1 milisaniye hıza ulaşabilir. 31.5 mikrosaniye döngü süresine ulaşabilir.
• PROFINET uygulamanızda kullanılmak üzere diğer protokoller ile birlikte çalışarak esneklik sağlar. Örneğin, endüstriyel ethernetin ulaşamayacağı patlama riski atmosferde bulunan proses enstrümanları ile haberleşmek istiyorsanız, bunları Profibus PA ile alın, daha sonra kolayca PROFINET ile proxy üzerinden entegre edin.
• PROFIBUS ile benzer konseptte geliştirilen PROFINET’in konfigurasyonu kolaydır. LLDP gibi standard Ethernet protokolü kullanarak, topoloji bilgisi çalışan bir sistemden alınabilir ve beklenmeyen bir değişiklik olursa uyarı verir. Cihaz değişimi kolaydır. Herhangi bir jumper, switch veya ayara gerek duymazsınız veya herhangi bir yazılım kullanmanız gerekmez. Sadece yeni cihazı takarsınız, iş bitmiştir.
• PROFINET  standart düz Ethernet (Standard Değişikliğe Uğramamış Ethernet) üzerinde çalışır.
• PROFINET verimlilik sağlar. Duruşların tesisinize maliyeti nedir? Gelişmiş teşhis yöntemleri ile PROFINET, anahtar parametreleri izleyerek duruşları azaltır veya duruş sürelerini azaltır. Yani verimliliği artırır.
• Platform etkindir. Tek teknoloji ile fabrika, proses veya kesikli otomasyon da kullanılabilir.

Örnek olarak ABB ye ait PLC-PNIO Profinet Bağlantı şemasını inceyebilirsiniz

The following pin assignment is used for the AC500 PROFINET® IO Controller CM579-PNIO as well as for the S500 PROFINET® IO Devices CI50x-PNIO.

 

Resim1: AC500 Ethernet Portu Açık pin uçları

Kablo Bağlantı tipi

Entegre anahtarlama işlemlerinden dolayı AC500-PNIO Profinet bağlantısı bire bir ya da kros kablo bağlantısı ile çalışmaktadır.

Figure: Kros ethernet kablo bağlantısı

Resim3 : Bire bir Ethernet kablo bağlantısı

Profinet Detaylı Anlatım

profinet(process field net), ethernet donanım ve protokollerini endüstriyel otomasyonun gerçek zamanlı ihtiyaçlarına uygun olarak uyarlayan ethernet tabanlı bir endüstriyel ağ protokolüdür. ayrıca bilgi teknolojileri (it) standardı olarak kabul görmüş ethernet altyapısı üzerine kurulmuş bir profibus düzenlemesi şeklinde de tanımlanabilir.

üretim varlıkları(sensörler, alt sistemler, aktivatörler vb. ürün birimleri) ve plc, dcs vb. arasında bağlantı kurmak için kullanılan en gelişmiş endüstriyel ethernet çözümüdür. bu saha elemanlarını ethernet arayüzünü kullanarak birbirine bağlar ve verinin zamanında iletimini sağlar.

haberleşme seviyeleri: endüstriyel sistemlerde iletişim protokolleri çeşitli alt seviyelere bölünmüştür.

aktüatör/sensör seviyesi: en alt düzey haberleşme seviyesidir. mantıksal/ikilik sensör ve aktüatör işaretleri bir yol üzerinden iletilir.

saha seviyesi: giriş çıkış modülleri, sürücüler, valfler, operatör panelleri gibi dağıtılmış cihazlarla gerçek zamanlı haberleşmeler yapılan orta seviyedir.

hücre seviyesi: programlanabilir kontrolörlerin (plc) birbirleriyle haberleştiği seviyedir. büyük veri paketleri güvenilir haberleşme fonksiyonları ile iletilir. kritik zamanlı veri iletimi önemlidir.

seviye iletilen veri miktarı tepki süresi iletişim frekansı
hücre s. kbyte 100ms-1s dakika-saniye
saha s. byte 10ms-100ms saniye-milisaniye
aktü/sens s. bit milisaniye milisaniyeler

ağ yapısı ve elemanları:
temel kavramlar:

haberleşme: farklı özelliklere sahip iki veya daha fazla katılımcı arasında karşılıklı veri alışverişi için kurulan veri iletişimidir.

istasyon: bir veya daha fazla alt cihaza bağlanabilen cihaz. (plc vb.)

düğüm(node): ağ içindeki bağlantı noktaları.

alt ağ(subnet): bir veri iletişim yolunun kurulumu ve veri alışverişi için gerekli olan fiziksel elemanlar bütününe denir. bir alt ağ içerisindeki tüm düğümler geçit yolları(gateway) aracılığıyla birbirlerine bağlanırlar. her alt ağ özel bir kimliğe sahiptir.

ağ(network): veri alış verişi ya da kaynak paylaşımı için iki ya da daha fazla alt ağın bir araya gelmesi ile oluşan iletişim ortamıdır. birbirleriyle haberleşebilen istasyonlardan oluşur.
yerel alan ağı(lan: local area network): sınırlı bir alan içereren ve yüksek veri alış veriş yeteneği sağlayan ağdır.
geniş alan ağı(wan: wide area network): daha geniş alanlara yönelik ağdır.birçok lan ağır birbirine bağlar.

bağlantı: iki endüstriyel cihaz arasında kurulan mantıksal ilişkidir. bağlantı oluşumu için bu mantıksal ilişkinin tanımlanmış olması gerekir. iki tip haberleşme bağlantısı bulunur.
bağlantı yönlü: veri iletiminden önce, haberleşilecek cihaz ile bağlantı kurar, veriyi gönderir ve bağlantıyı keser.bağlantı ancak iki taraf da verinin doğru bir şekilde iletildiğinden emin olması ile son bulur.
bağlantısız: haberleşme cihazından cevap almayı beklemeksizin veri iletilir, verinin iletilip iletilmediği kontrol edilmeksizin bağlantı sonlandırılır.

ağ elemanları:

üç veya daha fazla cihazı ethernet üzerinden birbirine bağlamak için ek elemanlara ihtiyaç duyulur. bağlantılar bu elemanlara düz ethernet kabloları ile yapılır.bunu sağlayacak cihazlar göbek(hub), anahtar(switch) ve yönlendiricidir(router).

göbek: aldığı işareti tekrar eder. hangi bilgisayarın kendisine bağlı olduğunu bilmez ve kaynak veya hedef cihazlara ait bir ağ işlemi gerçekleştirmez. aldığı veriyi tüm cihazlara aynı anda gönderir. hatta aşırı haberleşme yüküne sebep olur.dolayısıyla tercih edilmemeli.

anahtar: profinette bütün cihazlar birbirine anahtarlar üzerinden bağlanır(diğer protokollerde doğrudan bağlantı olabilir). göbekten farklı olarak bağlandığı cihazların ip’sini alır.aldığı veriyi yalnızca gerekli cihaza iletir. dolayısıyla gereksiz haberleşme yüküne sebep olmaz. hızlı iletim sağlar. eğer alınan veri o an için gerekli cihaza gönderilemezse anahtar tarafından saklanır. bazı anahtarlar aldığı veriler arası önem sıralaması yaparak daha önemli olan verinin iletimine öncelik verir. her anahtar belli sayıda port bulundurur. her porta yalnızca bir cihaz bağlanıp tanımlanabilir.
profinet için kullanılan anahtar 100 mbits/s hızlı ethernet ve tam çift yönlü mod özelliklerini sağlamalıdır.(bu iki şart profinet ile kullanılacak tüm elemanlar için geçerlidir.)

yönlendirici: anahtara benzer şekilde çalışır. sistemlerin hangilerinin birbirleriyle haberleşeceği veya haberleşmeyeceği belirlenir. alt ağları birbirlerinden ayırmak için kullanılır.

haberleşme kabloları:
anahtar kullanımı söz konusu değilse çapraz(cross) ethernet kablosu kullanılır. anahtar varsa düz kablo kullanılması gerekir. çaprazlama anahtar tarafından yapılır.
100base-tx: 2 çift, kategori 5 utp(korumasız sarmal çift), maksimum 100 metre.
100base-fx: 2 çift, muti-mode fiber, maksimum 400 metre.

ağ cihazlarının adreslenmesi:
mac adresi: ethernet ağındaki cihazın modül adresidir. ethernet ağ cihazlarına, tanınabilmeleri için dünyada eşi benzeri olmayan seri numarası verilir. bu numaralar, üretici firmalar tarafından fabrikada verilmektedir. 6 sekizlik uzunluktadır ve on altılık formatta yazılır. örnek olarak: 00-2d-f1-32-…..

ip adresi: cihazlar arası haberleşme ip adresleri aracılığıyla yapılır. tcp protokolü büyük veriyi parçalarına ayırır, ip ise bu parçaların alıcıya iletilmesini sağlar.

cihaz adı: toplam yapılandırma için mantıksal isim.

topoloji:
iletişim sistemini oluşturan bileşenlerin ara bağlaşımını, sistemin işlevini ve konumsal açıdan iletişim sisteminin şeklini belirler.
yıldız: düğümlerin tamamı merkez noktadan geçer. anahtar kullanılarak oluşturulmuş bir ağ otomatik olarak bir yıldız topolojisi oluşturur. genellikler üretim makineleri gibi cihaz yoğunluğunun fazla olduğu kısa mesafeli uygulamalarda tercih edilir.
ağaç: birden fazla anahtarın birbirine bağlanması sonucu elde edilir. her bir anahtara bağlı yapı kendi içerisinde yıldızdır. karmaşık sistemleri daha basit alt yapılara bölmek için kullanılır.
doğrusal yol: tüm düğüm noktaları birbirleri ardından doğrusal bir hat üstünde bağlanırlar. seri bağlantı olduğu için bir düğüm üstünde hat kesilirse diğerlerinin iletişimi de kesilir. dolayısıyla birbirine bağlı olarak çalışan sistemlerde kullanılır.

protokol seviyeleri

3 protokol seviyesi tanımlanmıştır;
tcp/ip: zamanın kritik olmadığı veri transferi ve ses, görüntü aktarımı vb. işlemler için kullanılır. 100 ms aralıklı etki sürelerinde veri aktarımı gerçekleşir.

gerçek zamanlı(real time): 1ms döngü süresi ile profinet i/o uygulamaları için.

eş zamanlı gerçek zaman(isochronous): 1ms’den daha kısa döngü süresi ile sürücü sistemleri profinet i/o uygulamaları için.
bu üç protokol eş zamanlı olarak kullanılabilir. bant genişliği paylaşımı her i/o döngüsünün en az %50’sini tcp/ip için garanti eder, herhangi bir diğer fonksiyon ise desteklidir. daha sert koşullara dayanabilecek kablolama, bağlayıcılar ve ethernet switchleri ile desteklenmiştir. dolayısıyla profinet otomasyonun her ihtiyacını karşılayabilir. profinet uluslararası geçerliliği olan ethernet standartları ile tamamiyle uyumludur.
profinet ile işlem verileri ve alarmlar daima gerçek zamanlı olarak iletilir. profinet için “gerçek zaman” ieee ve iec’in tanımlamalarına dayandırılmıştır. gerçek zamanlı haberleşme profinet i/o için veri alışverişinin temellerini tanımlar. real-time veri tcp/ip verisinden yüksek öncelikle işlenir.

profinet i/o sistemi şu elemanlardan oluşur;
• otomasyon görevlerini kontrol eden i/o kontrolörü,
• i/o kontolör tarafından kontrol edilen ve görüntülenen saha cihazı(field device),
• her i/o cihazını tanıyacak ve parametre kurulumunu yapabilecek pc yazılımı.
uygulama ilişkisi(application relation(ar)) i/o kontrolör ile i/o cihazı arasında kurulur. bu uygulama ilişkileri parametre transferi için farklı karakterler, döngüsel data değişimi(döngü başı) ve alarm işleme ile birlikte haberleşme ilişkisini tanımlamak için kullanılır. i/o cihazının karakteristiği üretici firma tarafından tanımlanır. i/o cihazları “cihaz, modül ve kanal” sırasıyla hiyerarşik olarak yapılandırılmıştır. kontolör ile cihaz arasında veri alışverişi döngüsel olarak yapılır.

özetlemek gerekirse profinet’in avantajları şu şekilde sıralanabilir;
• çok yüksek seviye ölçeklendirilebilir mimari,
• ağ üzerinden saha cihazlarına erişim,
• her yerden bakım ve servis sağlama,
• maksimum tesis verimliliği için yüksek hassasiyette hızlı iletişim,
• hızlı ve kolay kurulum olanağı sağlayan çift portlu kablo bağlantısı,
• sistem güvenilirliğini artıran kararlı ve güvenli veri aktarımı,
• esnek ağ entegrasyonu için açık standart programlama,
• üretim/kalite görüntülenmesi için düşük harcamalar.

---

İletişim sayfasından, facebook, ya da linkedin üzerinden bize mesaj gönderebilirsiniz.