Protocolo de Comunicação PROFINET

Se você já instalou uma impressora no escritório ou um roteador em casa, provavelmente usou um cabo Ethernet. A maioria das pessoas pensa que “Ethernet” significa apenas o tipo de cabo e deixa por isso mesmo. Mas, na verdade, o cabo representa apenas a parte física do protocolo de comunicação de rede Ethernet, e o PROFINET é outra parte dele.

Uma breve história do PROFINET

O cabo Ethernet foi projetado para funcionar com vários protocolos de comunicação. Você já ouviu falar de dois deles: o Protocolo de Internet (IP) e o Protocolo de Controle de Transmissão (TCP). Para escritórios e residências, esses dois são suficientes. Com eles, você tem tudo o que precisa para um escritório ou casa – compartilhamento de arquivos, impressora, acesso a e-mails e, claro, navegação na internet.

No entanto, uma planta industrial tem necessidades diferentes. No chão de fábrica, os controladores precisam acessar dados em sistemas de acionamento, dispositivos de entrada/saída (I/O) e estações de trabalho.

Aqui, você precisa de respostas super-rápidas, enquanto no escritório um usuário pode esperar. Além disso, é necessário proteger contra abrasão, umidade, variações de temperatura e até produtos químicos agressivos.

Para resolver esses problemas em escala industrial, engenheiros de computação criaram uma nova categoria de Ethernet, o Ethernet Industrial. Em seguida, foi desenvolvido o protocolo de comunicação PROFINET, baseado nele. Vamos nos aprofundar e ver como o PROFINET funciona.

Como o PROFINET funciona

O PROFINET conecta dispositivos de processo – sensores, atuadores e similares – a sistemas de controle. O protocolo foi criado pela PROFIBUS e PROFINET International (PI), com ajuda de alguns grandes fornecedores. Se você tem interesse em saber a diferença entre PROFIBUS e PROFINET International (PI), confira este artigo.

Ele está em conformidade com o padrão Ethernet IEEE 802 nas normas IEC 61158 e IEC 61784. Isso significa que você pode ter uma impressora e um medidor de vazão na mesma rede! Legal, não é? No entanto, o PROFINET é muito mais rápido que o Ethernet do escritório, com taxas de ciclo em sub-milissegundos.

Para explicar como isso funciona, precisamos recorrer ao modelo de referência ISO/OSI. O modelo OSI (Open Systems Interconnection) possui sete camadas para conectar dois pontos em uma rede. Veja:

Modelo de referência OSI

O padrão Ethernet simplifica esse modelo para quatro camadas:

Ethernet = camadas física e de enlace de dados
IP = camada de rede
TCP ou Protocolo de Datagrama do Usuário (UDP) = camada de transporte
Outros protocolos = camada de aplicação

O PROFINET usa essas quatro camadas, mas às vezes não todas. Por exemplo, o PROFINET em Tempo Real ignora as camadas de rede e transporte, tornando a resposta muito mais rápida que o modelo TCP/IP padrão.

Três canais trocam dados com um controlador no PROFINET:

TCP/IP: define parâmetros, configurações e operações cíclicas de leitura/gravação
Tempo Real (RT): ignora camadas TCP/IP para acelerar a automação entre 1 e 10 milissegundos
Tempo Real Isócrono (IRT): organiza agendas e sinais para sincronização precisa

PROFINET IO

O PROFINET IO usa o modelo provedor-consumidor para troca de dados, em vez do modelo mestre-escravo adotado pelo PROFIBUS. Esses dispositivos se dividem em três categorias:

Controlador: Geralmente um CLP (Controlador Lógico Programável) ou um sistema de controle distribuído (DCS), onde o programa de automação é executado. O controlador envia dados de saída para alguns dispositivos IO e recebe dados de entrada de outros. Similar a um mestre classe 1 no PROFIBUS.
Dispositivos: Sensores ou atuadores conectados ao controlador por cabos Ethernet. Esses dispositivos recebem dados de saída do controlador e enviam dados de entrada para ele. Similar aos escravos no PROFIBUS.
Supervisor: PCs, interfaces homem-máquina (IHM) ou outros dispositivos de monitoramento, comissionamento ou diagnóstico. Similar a um mestre classe 2 no PROFIBUS.

Para configurar um sistema PROFINET IO, você precisa de pelo menos um controlador e um dispositivo. Mas é possível montar sistemas de várias formas – múltiplos controladores para um único dispositivo, um controlador para vários dispositivos ou múltiplos controladores para múltiplos dispositivos. Supervisores são usados temporariamente, para solução de problemas e comissionamento.

Um sistema PROFINET também possui componentes de rede, como switches e pontos de acesso sem fio. Alguns componentes podem atuar como dispositivos IO para diagnósticos avançados.

Configuração de dispositivos PROFINET

Para configurar um dispositivo PROFINET IO, você precisa de duas coisas – uma ferramenta para atuar como supervisor e um arquivo de Descrição Geral da Estação (GSD). Esse arquivo GSD, fornecido pelo fabricante do dispositivo, é semelhante aos usados no PROFIBUS. No entanto, é baseado em XML e chamado GSDML.

Após a configuração, o arquivo GSDML é baixado para o controlador, conectando-o aos dispositivos. Entradas e saídas fluem entre os dispositivos e o controlador como dados cíclicos. Mais informações, como dados de diagnóstico, são transferidas como dados acíclicos.

Para saber mais sobre o protocolo de comunicação PROFINET, deixe um comentário abaixo.

Forte abraço

📖 Um guia sobre a tecnologia PROFINET