Com a evolução da infraestrutura da Ethernet na indústria, os protocolos de comunicação também passaram por modernizações para atender às necessidades do mercado.
Foi assim que o padrão Profinet surgiu, com o objetivo de atuar com grande volume de dados em alta velocidade, sendo compatível e utilizando funcionalidades Ethernet já conhecidas e trazendo novos recursos.
Confira neste post tudo sobre esse protocolo industrial, saiba as diferenças com relação ao Profibus, quais são suas camadas e principais características.
Profinet é um padrão de comunicação para troca de dados entre controladores, como os CLPs (Controladores Lógico Programáveis), e dispositivos, como blocos de E/S ou drives. É baseado em Ethernet e compatível com todos os seus componentes, integrando facilmente sistemas e equipamentos, possibilitando a automação.
Atua em ambientes agressivos, fornecendo a velocidade e a precisão requeridas pelas operações industriais.
Tem desempenho em tempo real e possui recursos que podem ser combinados com as funções de controle e monitoramento preexistentes, relacionados a segurança, gerenciamento de energia, integração de TI, etc.
Com o uso do protocolo, a produção se torna mais rápida e segura, ao mesmo tempo em que os custos são minimizados e a qualidade aumenta.
Dependendo da aplicação, o Profinet permite comunicação sem fio, ou seja, é possível transmitir mensagens via Bluetooth e wi-fi.
As duas tecnologias são padrões IEC projetados pela organização Profibus e Profinet International. Possuem algumas semelhanças, mas o Profibus é um Fieldbus serial clássico e o Profinet é um protocolo Ethernet Industrial.
O Profibus nasceu primeiro, no final da década de 80, enquanto o Profinet surgiu nos anos 2000, quando a Ethernet já estava consolidada na indústria.
As redes Profibus normalmente têm cabeamento RS-485 de par único roxo, utilizando conectores padrão DB9 ou M12.
Já o padrão Profinet é geralmente caracterizado por cabos Ethernet verdes com classificação industrial, adotando principalmente o conector RJ45.
As redes Profinet alcançam velocidades de 100 Mbit/s ou até 1 Gbit/s e suas mensagens têm até 1440 bytes.
Como são baseadas em Ethernet, têm maior largura de banda, em comparação ao Profibus, além de espaço de endereçamento ilimitado.
Porém, os controladores individuais podem apresentar restrições, dependendo de sua capacidade de processador e memória.
Já as redes Profibus atingem velocidade de até 12 Mbit/s, sendo que a maioria opera a 1,5 Mbit/s. Suas mensagens medem até 244 bytes, com endereçamento limitado a 126 dispositivos por rede.
As redes normalmente têm como referência o modelo ISO/OSI, que apresenta sete camadas. O padrão Ethernet, no qual o Profinet se baseia, reduz as camadas para quatro (e não usa as de número 5 e 6).
O Profinet utiliza essas quatro camadas, mas não ao mesmo tempo, o que irá depender da aplicação. Vamos conhecê-las:
As camadas 1 e 2 se combinam para formar este que é o nível mais baixo, chamado Ethernet. Trata-se de camadas físicas e de ligação/enlace de dados, definidas pela norma técnica IEEE802.3.
A parte física recebe o sinal lógico adaptando-o para ser transmitido por um meio de comunicação, como o fio de cobre, a fibra óptica, os links de rádio, etc.
A parte de enlace protege os dados, converte em bits os pacotes recebidos da camada de rede, para posterior transmissão pela camada física. (Inclusive, confira as características dos switches industrias Ethernet).
Esta é a camada de rede, responsável pelo envio, recebimento, endereçamento e roteamento dos dados entre fonte e destino.
O único protocolo utilizado nesta camada normalizada é o Internet Protocol (IP), que define o percurso dos pacotes desde o host de origem até o host de destino.
Conhecida como a camada de transporte, ela faz a fragmentação dos dados em pacotes e checa se foram transmitidos corretamente até o equipamento de destino.
Vale ressaltar que o Profinet usa as camadas TCP/IP para configuração e diagnóstico, mas também consegue “pular” as mesmas para atender a um requisito industrial: o desempenho determinístico.
Isto é, a chegada de dados no tempo certo, repetidamente. Isso é útil em diversos casos, como para desligar um transportador rapidamente, por exemplo, para que não espalhe produto no chão.
Essa é a camada de aplicação que possibilita o acesso aos processos de aplicativos e permite que o usuário acesse serviços de rede.
É formada por um conjunto de protocolos e não tem um padrão comum para todas as aplicações. São exemplos de protocolos utilizados: HTTP, SNMP, SMTP e o próprio Profinet.
O meio físico mais adotado pela tecnologia é o padrão 100BASE-TX, no cabo CAT 5. Para a troca de dados, são usados controladores como os CLPs (Controlador Lógico Programável), DCSs (Distributed Control Systems) ou PACs (Programmable Automation Controllers).
Também são utilizados dispositivos como blocos de E/S, sistemas de visão, leitores RFID, drives, instrumentos de processo, proxies e até outros controladores.
Um sistema Profinet IO, por exemplo, segue o modelo provedor-consumidor para a troca de dados e usa estes elementos:
Concluímos que o Profinet realiza a interconexão de equipamentos com eficiência, auxiliando empresas a fazer a transição para a Indústria 4.0.
Vimos que a tecnologia usa TCP/IP e atua em tempo real, além de permitir a integração com outras redes de campo, apresentando-se como uma solução para sistemas automatizados.
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