PROFINET
Objetivo
- Identificar la importancia de una red de campo PROFINET en un ambiente industrial.
- Reconocer las características que identifican a esta red de campo.
- Identificar las velocidades de transmisión, los medios físicos, los protocolos de comunicación, y la importancia que tienen dentro el desempeño de esta red industrial.
- Que el becario tenga presente la formación teórica de una red Profinet, asi como también sus diferentes aplicaciones en planta.
Índice
- Introducción
- Desarrollo
- Método de Acceso al Medio
- Diagrama/Topología
- Medios físicos y Distancias
- Protocolo de Comunicación
- Identificación de dispositivos
- Velocidades de Transmisión
- Redundancias
- Software de Administración
- Monitoreo
- Respaldos de los Participantes
- Mapa Mental
- Conclusión
- Bibliografía
Introducción
En la industria, los procesos productivos son controlados por diferentes conjuntos de redes jerarquicas, de campo, y de celda, que se encargan de monitorear, y controlar por medio de PLC y de dispositivos de entrada y salida, las secuencias de operaciones necesarias para obtener un producto final con alta calidad y excelencia.
Es importante para un proceso el tener un control en sus operaciones, las redes industriales se encargan de organizar de forma estandarizada la información y los pasos por medio de diferentes protocolos de comunicación y dispositivos de red altamente garantizados.
Hasta ahora, la red que más se relacione con la tecnología actual y cotidiana es PROFINET, una red que trabaja bajo un protocolo de comunicación TCP/IP de Ethernet, de esta forma se pueden identificar dispositivos con una dirección IP, y se pueden monitorear desde estaciones distribuidas a kilometros del proceso. A continuación se presenta información acerca de PROFINET.
Método de Acceso al Medio
CSMA/CD por sus siglas en ingles que significan: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, es un protocolo que ayuda a los dispositivos a compartir el mismo ancho de banda al tener dos dispositivos conectados al mismo tiempo.
La meta de este protocolo es de evitar al máximo las colisiones. Fue creado para el problema de las colisiones que ocurren cuando los paquetes son transmitidos simultáneamente desde diferentes nodos.
Cuando la interfaz del servidor tiene un paquete para transmitir, escucha en la línea para determinar su hay mensajes siendo transmitidos. Si no detecta transmisión alguna, la interfaz comienza a enviar. Cada transmisión está limitada en el tiempo, ya que existe un tamaño máximo de paquete.
Diagrama/Topología
Para una configuración sencilla se puede usar un anillo MRP
(Media Redundancy Protocol) de acuerdo al tiempo de
respuesta requerido y el número de dispositivos de campo (IO’s). El anillo MRP
es la solución más efectiva en costo ya que no se requieren componentes
adicionales.
Con un sistema de automatización sencillo todas las estructuras
básicas son soportadas, para una arquitectura en anillo son usados los dos
puertos internos del CPU.
Bus de Campo:
Es la estructura más simple, pero más propensa a falla, ya que una falla en un
dispositivo causa una interrupción en la línea.
Estrella:
Con esta estructura se implementa un cableado efectivo con componentes
adicionales de red, el número de nodos depende del switch.
Anillo: Configuración robusta con
hasta 50 dispositivos IO y un máximo tiempo de reconfiguración de 200ms (por 50
nodos en uso).
Configuración mixta (anillo/estrella): con
un anillo MRP que brinda la máxima confiabilidad posible. El anillo MRP está
compuesto por un controlador IP así como switches. Los elementos IO serán
conectados a los switches.
La estructura árbol (configuración mixta de línea y estrella)
con switches multi-canal (8 puertos) habilita tiempos breves de respuesta. Esta
topología soporta hasta 250 dispositivos IO y hasta 62 switches conectados en
serie.
Dependiendo de los requerimientos del sistema o proceso, es
posible seleccionar la configuración adecuada ya sea anillo, árbol, o
anillo/estrella.
Medios físicos y Distancias
Cobre
PROFINET está constituida y formada por Ethernet industrial, por lo tanto ésta red de campo utiliza los recursos que Ethernet ofrece.
Cable de Cobre: RJ - 485
Conexión: RJ - 45 Distancia Máxima: 100 m
Distancia Estandar: 80 m
Fibra Óptica
Monomodo: 9 micras de Diámetro, alcanza máximo 20 km. Es la más eficiente
Multimodo: 62.5 micras de Diámetro alcanza un máximo de 2 km.
Protocolo de Comunicación
El nombre TCP/IP proviene de dos de los protocolos más importantes de la familia de protocolos Internet, el Transmission Control Protocol (TCP) y el Internet Protocol (IP).
Internet se encuentra estrechamente unida a un sistema de protocolo de comunicación denominado TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol), que se utiliza para transferir datos en Internet además en muchas redes de área local.
TCP/IP es el nombre de un protocolo de conexión de redes. Un protocolo es un conjunto de reglas a las que se tiene que atener todas la compañías y productos de software con él fin de que todos sus productos sean compatibles entre ellos.
Estas reglas aseguran que una maquina que ejecuta la versión TCP/IP de Digital Equipment pueda hablar con un PC Compaq que ejecuta TCP/IP .
Una red TCP/IP transfiere datos mediante el ensamblaje de bloque de datos en paquetes. Cada paquete comienza con una cabecera que contiene información de control, tal como la dirección del destino, seguida de los datos. Cuando se envía un archivo a través de una red TCP/IP, su contenido se envía utilizando una serie de paquetes diferentes.
Todos los dispositivos dentro de una red de campo como lo es PROFINET, son identificados por su Dirección IP. La dirección IP es una etiqueta numérica que identifica, de manera lógica y jerárquica, a una interfaz de un dispositivo dentro de una red, y que corresponde al tercer nivel de red del modelo OSI.
De igual manera los dispositivos al ser conectados a un switch, son identificados al principio en la red por su Dirección MAC que es la dirección física con la que el fabricante permite identificar a los dispositivos.
La red de campo puede tener un gran numero de participantes, la Máscara de Subred se encarga de ampliar o disminuir el rango de dispositivos que la red esta destinada a tener. Es es por ello que se modifica el rango de las direcciones IP.
Velocidades de Transmisión
- Fast Ethernet - 100 Mbits/seg (Más Usado)
- 10 Mbits/seg
- Giga bit Ethernet - 100 gbits/seg
- 10 Gbits/seg
- 100 Gbits/seg
Redundancias
Dentro del estándar de Ethernet, la red de campo PROFINET utiliza una topología de bus o de anillo, de esta forma la información viaja dentro de la red, y regresa para que los dispositivos puedan utilizarla en caso de que sea necesario dentro del proceso.
Sin embargo, lógicamente no puede existir una conexión cíclica en donde la información tenga una redundancia, ya que la red se puede caer, ya que el acceso al medio permite el trafico de paquetes uno a la vez, a esta acción de le denomina Loop.
Es por ello, que los switches, poseen un mecanismo de redundancia lógica configurable por red, el cual impide que se creen loops dentro de ella, y evita que haya información cílica, esto es con la finalidad de tener una vía de respaldo en caso de que algún cable sea desconectado accidentalmente de un puerto del switch.
De esta forma no se perderán datos y el proceso industrial podrá seguir su curso. Aeste recurso se le denomina MRP "Media Redundant Protocol".
Software de Administración
Step 7 es el software de administración más común a la hora de programar dentro de este protocolo de comunicación Profinet, en el cual se pueden realizar programas o administrar las diferentes características de esta red de campo. Con este software se realizan diagramas de programación en base a las funciones requeridas hacia el PLC y en la celda en general.
PC
WORX es un software de ingeniería universal para todos los sistemas de control
de Phoenix Contact. Une la programación según IEC 61131, la configuración de
bus de campo y el diagnóstico de la instalación en un solo software. El cual es
un software compatible con Profinet para su programación o administración
Win CC es un software que nos permite la
interacción humano-maquina mediante un panel industrial Touch, el cual es indispensable en los proceso para controlar de forma manual dispositivos individuales o procesos enteros.
Monitoreo
Dentro de las líneas de producción de Volkswagen, se utilizan innumerables recursos tecnológicos capaces de realizar grandes procesos para lograr la elaboración de un producto final con una alta calidad.
Para asegurar lo anterior es necesario mantener un constante monitoreo a la secuencia de operaciones que se lleva a cabo.
Profinet, al igual que otras redes de campo, son monitoreadas gracias a diferentes softwares utilizados a nivel planta, y brindan una constante información acerca del proceso. A continuación se nombrarán diferentes programas utilizados en planta:
Hi - Vision: Un software desarrollado por la empresa alemana Hirschmann, este software se encarga de monitorear constante mente una red industrial. Convierte componentes individuales de ren en un completo sistema jerarquico. Es ideal para configurar y supervisar dispositivos con base a un protocolo de cominucación bajo TCP/IP, dispositivos manejables a nivel de celda y otros dispositivos.
Nagios: Es un sistema de monitorización de redes ampliamente utilizado, de código abierto, que vigila los equipos y sofware que se especifiquen, alertando cuando el comportamiento de los mismos no sea el deseado. Entre sus características principales figuran la monitorización de servicios de red (SMTP, POP3, HTTP, SNMP...), la monitorización de los recursos de sistemas hardware, independencia de sistemas operativos, y la posibilidad de programar plugins específicos para nuevos sistemas.
Respaldos de los Participantes
Acronis es el proveedor líder de software de copia de seguridad, recuperación ante desastres y acceso a datos seguro para consumidores, empresas de tamaño pequeño-medio y grandes empresas.
Las soluciones de Acronis incluyen software de copia de seguridad de
servidores físicos, virtuales y en nube, gestión del almacenamiento, uso
compartido de archivos seguro e implementación de sistemas.
Gracias al motor
Acronis AnyData, los productos de Acronis ofrecen soluciones seguras, completas
y fáciles de utilizar para los datos en entornos locales, remotos, de la nube y
en dispositivos móviles.
En lo relativo a la protección de datos de nueva
generación, Acronis es el líder indiscutible. Gracias a este recurso podemos
asegurar nuestros archivos de alguna perdida inesperada.
Diagrama
Conclusión
Bibliografía
