Páteční průmyslový protokol: PROFINET

PROFINET je PROFIBUS přenesený na Ethernet, ale ne doslova: cyklická data neposílá přes TCP/IP, nýbrž ve vlastním ethertypu 0x8892, takže switch do časování nezasahuje. Proto se vejde do milisekund — a s IRT i pod ně, s jitterem v řádu desítek nanosekund. Pro I/O stačí RT, IRT je věc pohybu.

Co to je a odkud pochází

PROFINET vznikl v organizaci PI jako nástupce PROFIBUSu s cílem jedné sítě pro řízení i pro IT. Standardizuje ho IEC 61158 a IEC 61784. Na rozdíl od PROFIBUSu nepoužívá RS-485, ale standardní Ethernet — kroucenou dvoulinku, optiku nebo i bezdrátové médium.

Tři třídy provozu

• NRT (non-real-time) — běžný TCP/IP provoz: konfigurace, diagnostika, webové rozhraní. Žádné garance.
• RT (real-time) — cyklická data ve vlastním ethertypu 0x8892, mimo IP stack. Switch je pouze přeposílá, cyklus typicky 1–10 ms.
• IRT (isochronous real-time) — vyžaduje hardware s podporou plánování (switch s časovými sloty); cyklus 250 µs až 1 ms s jitterem v řádu desítek nanosekund. Pro pohybové aplikace.

Rozdíl mezi RT a IRT je nejčastější zdroj nedorozumění při návrhu: RT je „dost rychlé" pro I/O a většinu strojů, IRT potřebujete jen pro synchronizovaný pohyb více os.

Rámec a adresace

Cyklická data nesou pole FrameID a vlastní ethertyp; za nimi jde seznam datových položek (provider/consumer model). Konfigurace je objektová — každé zařízení má sloty a subsloty, což odpovídá modulům a kanálům.

Zařízení se hledají pomocí DCP (Discovery and Configuration Protocol) — PROFINET obdoba DHCP, ale funguje na vrstvě 2 a nese jméno zařízení (station name), ne IP adresu. Proto se PROFINET zařízení neadresují IP adresou, ale jménem: plc-1, io-modul-3. Teprve z jména se přiřadí IP.

Topologie

Hvězda, strom, ale i řetěz (line) — mnoho zařízení má dva porty a funguje jako vestavěný switch. Pro redundanci slouží kruh s protokolem MRP (Media Redundancy Protocol), kde se při porušení spoje přepne provoz do 200 ms. LLDP slouží k automatickému zjištění topologie — konfigurační nástroj pak vidí, co je fyzicky kam zapojené.

Konfigurace zařízení

Zařízení popisuje GSDML soubor (XML) — obdoba GSD u PROFIBUSu. Postup: přiřadit jméno (station name), nechat přiřadit IP, nakonfigurovat moduly a jejich parametry, nastavit dobu cyklu (update time) a watchdog. Bez správného jména zařízení systému „není" — a to je chyba, která se opakuje pořád dokola.

Testování a kód

PROFINET se ladí nástrojem výrobce a Wiresharkem s filtrem pn_io. Pro rychlou kontrolu, že zařízení odpovídá na DCP, existuje nástroj nmap s PROFINET skripty nebo specializované utility. Pasivní odposlech je nejlepší první krok:

# identifikace zarizeni na lince (DCP)
sudo nmap --script pnio-identify -e eth0

Kdy to použít

Tam, kde je Siemens nebo kde je požadavek na jednu síť pro řízení i IT a cyklus do 10 ms. Pro pohyb s více osami a synchronizací v mikrosekundách se hodí IRT, ale jen s hardwarem, který ho podporuje.

Licence

Specifikace od PI, norma placená, certifikace povinná pro logo. GSDML soubory jsou veřejné. Protokol jako takový není licencovaný — platí se členství a testování shody.

Pro integrátora: při rozjezdu nové linky si nejdřív sedněte k topologii. Devět z deseti problémů s PROFINETem je špatné jméno zařízení, zařízení na jiném portu, než čeká konfigurace, nebo switch, který zahazuje prioritní rámce, protože nemá zapnuté QoS.

Seriál Páteční průmyslový protokol vychází každý pátek. Další díl najdete v přehledu série.