Analisis komprehensif arsitektur protokol PROFINET, prinsip kerja, kelebihan dan kekurangan

PROFINET adalah proTokol komunikasi yang digunakan oleh sistem otomasi industri. Ini adalah protokol berbasis Ethernet yang memungkinkan komunikasi antara sistem kontrol industri dan perangkat seperti sensor, aktuator, dan pengontrol lainnya. Dikembangkan oleh PROFIBUS International, PROFINET adalah protokol yang banyak digunakan di bidang manufaktur dan otomasi industri. Saat ini PROFINET telah menjadi salah satu protokol komunikasi mainstream di bidang otomasi industri, dan telah banyak digunakan di berbagai perAlatan dan sistem otomasi industri. Menurut statistik, pada tahun 2019, terdapat lebih dari 250.000 node PROFINET IO dan lebih dari 5 juta perangkat PROFINET IO yang digunakan di seluruh dunia. PROFINET juga semakin banyak digunakan di berbagai industri, seperti manufaktur, industri otomotif, industri makanan dan minuman, industri energi dan pengolahan air, dll.

Arsitektur PROFINET

PROFINET mengadopsi arsitektur berlapis, termasuk lapisan fisik, lapisan data link, lapisan jaringan, dan lapisan aplikasi. Lapisan fisik PROFINET menggunakan kabel dan konektor Ethernet standar untuk mendukung berbagai tingkat dan jarak transmisi. Lapisan data link PROFINET mengadopsi protokol PROFINET IO, yang mendukung transmisi data real-time dan manajemen jaringan. Lapisan jaringan PROFINET mengadopsi protokol TCP/IP dan mendukung berbagai topologi jaringan dan strategi perutean. Lapisan aplikasi PROFINET mengadopsi protokol PROFINET untuk mendukung komunikasi dan kerjasama antara berbagai perangkat dan pengontrol.

Bagaimana PROFINET bekerja

Koneksi perangkat dan identifikasi otomatis: Perangkat di jaringan PROFINET terhubung melalui lapisan fisik Ethernet, dan mendukung fungsi identifikasi otomatis dan konfigurasi otomatis. Ketika suatu perangkat bergabung dengan jaringan PROFINET, pengontrol PROFINET dapat secara otomatis mengidentifikasi jenis, alamat, atribut, dan informasi lain dari perangkat baru tersebut, dan secara otomatis mengkonfigurasi alamat IP, alamat MAC, parameter jaringan, dll.

Protokol komunikasi dan transmisi data: Protokol komunikasi PROFINET didasarkan pada teknologi Ethernet, mengadopsi tumpukan protokol TCP/IP, dan mengoptimalkan serta memperluas atas dasar ini. Protokol komunikasi PROFINET mendukung transmisi berbagai jenis data, seperti data non-real-time, data real-time, data kontrol, dan data diagnosis kesalahan. Dalam jaringan PROFINET, transmisi data dapat dilakukan melalui tiga cara: komunikasi data IO, komunikasi data TCP/IP, dan komunikasi data real-time.

Mekanisme komunikasi waktu nyata: PROFINET mengadopsi mekanisme komunikasi waktu nyata, yang dapat mewujudkan transmisi data waktu nyata berkecepatan tinggi, andal, dan akurat. PROFINET mendukung dua mekanisme komunikasi real-time, yaitu PROFINET RT dan PROFINET IRT. PROFINET RT cocok untuk transmisi data real-time berlatensi rendah dan berkecepatan tinggi, seperti aplikasi kontrol gerakan; PROFINET IRT cocok untuk aplikasi kontrol dan pemantauan presisi tinggi, seperti kontrol suhu, kontrol aliran, dll. Mekanisme komunikasi real-time dapat diterapkan melalui komunikasi berkala antara perangkat PROFINET IO dan pengontrol I/O PROFINET.

Topologi jaringan dan mekanisme redundansi: Jaringan PROFINET mendukung berbagai topologi, seperti bintang, bus, ring, pohon, dll. Topologi yang berbeda dapat memenuhi persyaratan aplikasi dan persyaratan kinerja jaringan yang berbeda. Pada saat yang sama, PROFINET juga mendukung mekanisme redundansi, yang dapat meningkatkan keandalan dan stabilitas jaringan, seperti redundansi perangkat, redundansi jalur, dan redundansi port.

Sebagai protokol komunikasi otomasi industri, PROFINET memiliki kelebihan dan kekurangan sebagai berikut:

keuntungan:

Efisiensi: PROFINET didasarkan pada teknologi Ethernet, dan telah dioptimalkan dan diperluas atas dasar ini, sehingga memiliki efisiensi tinggi. Ini mendukung transmisi data dan komunikasi jaringan real-time berkecepatan tinggi, andal dan akurat, dan dapat memenuhi persyaratan komunikasi real-time dan non-real-time di bidang otomasi industri.

Fleksibilitas: PROFINET mendukung berbagai topologi jaringan, termasuk star, bus, ring, tree, dll., yang dapat dipilih secara fleksibel sesuai dengan kebutuhan aplikasi dan persyaratan kinerja jaringan yang berbeda. Pada saat yang sama, PROFINET juga mendukung berbagai mekanisme redundansi, seperti redundansi perangkat, redundansi jalur, redundansi port, dll., untuk meningkatkan keandalan dan stabilitas jaringan.

Skalabilitas: PROFINET adalah protokol komunikasi terukur yang dapat mendukung banyak perangkat dan aplikasi berbeda, seperti sensor, aktuator, robot, sistem otomasi, dll. Pada saat yang sama, PROFINET juga dapat mendukung berbagai jenis data dan protokol yang berbeda, termasuk non- -data waktu nyata, waktu nyatadata, data kontrol dan data diagnosis kesalahan.

Mudah diintegrasikan: Perangkat di jaringan PROFINET dapat dengan cepat diintegrasikan dan dikonfigurasi melalui identifikasi otomatis dan fungsi konfigurasi otomatis, yang mengurangi kesulitan instalasi dan debugging perangkat, serta meningkatkan efisiensi produksi dan efisiensi kerja.

kekurangan:

Kompleksitas: Sebagai protokol komunikasi tingkat lanjut, PROFINET memiliki biaya pembelajaran dan implementasi yang lebih tinggi dibandingkan protokol sederhana lainnya. Selain itu, konfigurasi dan pemeliharaan jaringan PROFINET juga memerlukan keterampilan dan pengalaman yang tinggi, serta diperlukan insinyur dan teknisi profesional untuk dukungan dan manajemen.

Biaya: Jaringan PROFINET memerlukan biaya perangkat keras dan perangkat lunak yang tinggi, termasuk pengontrol PROFINET, perangkat PROFINET IO, sakelar jaringan, dll. Pada saat yang sama, perangkat dan aplikasi PROFINET juga perlu diautentikasi dan diotorisasi, dan biaya terkait harus dibayar.

Keamanan: Keamanan komunikasi jaringan PROFINET memerlukan konfigurasi dan manajemen khusus, termasuk firewall, enkripsi data, otentikasi, dll. Jika langkah-langkah keamanan tidak diterapkan, jaringan PROFINET mungkin menghadapi ancaman dan serangan keamanan.

Singkatnya, protokol PROFINET memiliki keunggulan kinerja tinggi, keandalan tinggi, interoperabilitas, dan visualisasi, namun juga memiliki kelemahan seperti kompleksitas konfigurasi dan pemeliharaan, kebutuhan peralatan khusus, masalah keamanan, dan keterbatasan penerapan. Saat menggunakan protokol PROFINET, perlu mempertimbangkan kelebihan dan kekurangannya secara komprehensif, dan memilih skenario aplikasi yang sesuai dan kebutuhan aktual.

Ke depan, arah pengembangan PROFINET terutama mencakup aspek-aspek berikut:

Beradaptasi dengan kebutuhan Industri 4.0: Dengan pesatnya perkembangan Industri 4.0, PROFINET akan semakin memperhatikan interkoneksi antar perangkat dan berbagi data, dan akan lebih memperhatikan interoperabilitas dan keserbagunaan, menyediakan layanan yang lebih fleksibel, efisien dan solusi cerdas.

Memperkuat keamanan: Dengan terus berkembangnya otomasi industri, ancaman dan serangan keamanan jaringan menjadi semakin umum. PROFINET akan lebih memperhatikan keamanan komunikasi jaringan dan memberikan langkah-langkah keamanan yang lebih komprehensif.

Meningkatkan kinerja dan kinerja waktu nyata: PROFINET akan terus meningkatkan kinerja dan kinerja waktu nyata, memberikan kecepatan transmisi data yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah untuk memenuhi persyaratan waktu nyata dan kinerja peralatan dan sistem otomasi industri.

Memperkuat kecerdasan dan visualisasi: PROFINET akan semakin meningkatkan fungsi kecerdasan dan visualisasi, menyediakan lebih banyak fungsi pemantauan, diagnosis dan prediksi, serta mewujudkan manajemen cerdas dan pemeliharaan peralatan dan sistem.

Memperluas cakupan penerapannya: PROFINET akan semakin memperluas cakupan penerapannya, melibatkan lebih banyak industri dan bidang, seperti medis, dirgantara, robotika, dll.

Singkatnya, sebagai protokol komunikasi otomasi industri yang canggih, PROFINET akan terus memainkan peran penting di masa depan dan mendorong inovasi dan pengembangan berkelanjutan di bidang otomasi industri.