Analyse complète de l'architecture du protocole PROFINET, principe de fonctionnement, avantages et inconvénients

PROFINET est un protocole de communication utilisé par les systèmes d'automatisation industrielle. Il s'agit d'un protocole basé sur Ethernet qui permet la communication entre les systèmes de contrôle industriel et les appareils tels que les capteurs, les actionneurs et autres contrôleurs. Développé par PROFIBUS International, PROFINET est un protocole largement utilisé dans la fabrication et l'automatisation industrielle. À l'heure actuelle, PROFINET est devenu l'un des principaux protocoles de communication dans le domaine de l'automatisation industrielle et a été largement utilisé dans divers équipements et systèmes d'automatisation industrielle. Selon les statistiques, en 2019, il y avait plus de 250 000 nœuds PROFINET IO et plus de 5 millions de périphériques PROFINET IO utilisés dans le monde. PROFINET est également de plus en plus largement utilisé dans diverses industries, telles que la fabrication, l'industrie automobile, l'industrie agroalimentaire, l'industrie du traitement de l'énergie et de l'eau, etc.

Architecture de PROFINET

PROFINET adopte une architecture en couches, comprenant la couche physique, la couche de liaison de données, la couche réseau et la couche application. La couche physique de PROFINET utilise des câbles et connecteurs Ethernet standard pour prendre en charge plusieurs débits et distances de transmission. La couche de liaison de données de PROFINET adopte le protocole PROFINET IO, qui prend en charge la transmission de données en temps réel et la gestion du réseau. La couche réseau de PROFINET adopte le protocole TCP/IP et prend en charge diverses topologies de réseau et stratégies de routage. La couche application de PROFINET adopte le protocole PROFINET pour prendre en charge la communication et la coopération entre divers appareils et contrôleurs.

Comment fonctionne PROFINET

Connexion des appareils et identification automatique : les appareils du réseau PROFINET sont connectés via la couche physique Ethernet et prennent en charge les fonctions d'identification automatique et de configuration automatique. Lorsqu'un appareil rejoint le réseau PROFINET, le contrôleur PROFINET peut identifier automatiquement le type, l'adresse, les attributs et d'autres informations du nouvel appareil, et configurer automatiquement l'adresse IP, l'adresse MAC, les paramètres réseau, etc. pour celui-ci.

Protocole de communication et transmission de données : le protocole de communication PROFINET est basé sur la technologie Ethernet, adopte la pile de protocoles TCP/IP et optimise et étend sur cette base. Le protocole de communication PROFINET prend en charge la transmission de divers types de données, tels que les données non en temps réel, les données en temps réel, les données de contrôle et les données de diagnostic de panne. Dans le réseau PROFINET, la transmission de données peut être réalisée de trois manières : communication de données IO, communication de données TCP/IP et communication de données en temps réel.

Mécanisme de communication en temps réel : PROFINET adopte un mécanisme de communication en temps réel, qui peut réaliser une transmission de données en temps réel à grande vitesse, fiable et précise. PROFINET prend en charge deux mécanismes de communication en temps réel, à savoir PROFINET RT et PROFINET IRT. PROFINET RT convient à la transmission de données en temps réel à faible latence et à grande vitesse, telles que les applications de contrôle de mouvement ; PROFINET IRT convient aux applications de contrôle et de surveillance de haute précision, telles que le contrôle de température, le contrôle de débit, etc. Le mécanisme de communication en temps réel peut être mis en œuvre par une communication périodique entre les périphériques PROFINET IO et les contrôleurs PROFINET I/O.

Topologie du réseau et mécanisme de redondance : le réseau PROFINET prend en charge plusieurs topologies, telles que étoile, bus, anneau, arbre, etc. Différentes topologies peuvent répondre à différentes exigences d'application et exigences de performances du réseau. Dans le même temps, PROFINET prend également en charge les mécanismes de redondance, qui peuvent améliorer la fiabilité et la stabilité du réseau, tels que la redondance des périphériques, la redondance des chemins et la redondance des ports.

En tant que protocole de communication d'automatisation industrielle, PROFINET présente les avantages et les inconvénients suivants :

Avantage :

Efficacité : PROFINET est basé sur la technologie Ethernet et a été optimisé et étendu sur cette base, il a donc une efficacité élevée. Il prend en charge la transmission de données et la communication réseau en temps réel à haut débit, fiable et précise, et peut répondre aux exigences de communication en temps réel et non en temps réel dans le domaine de l'automatisation industrielle.

Flexibilité : PROFINET prend en charge une variété de topologies de réseau, notamment en étoile, en bus, en anneau, en arbre, etc., qui peuvent être sélectionnées de manière flexible en fonction des différentes exigences d'application et des exigences de performances du réseau. Dans le même temps, PROFINET prend également en charge plusieurs mécanismes de redondance, tels que la redondance des périphériques, la redondance des chemins, la redondance des ports, etc., pour améliorer la fiabilité et la stabilité du réseau.

Évolutivité : PROFINET est un protocole de communication évolutif qui peut prendre en charge de nombreux appareils et applications différents, tels que les capteurs, les actionneurs, les robots, les systèmes d'automatisation, etc. En même temps, il peut également prendre en charge une variété de types de données et de protocoles différents, notamment les données en temps non réel, en temps réelDonnées, données de contrôle et données de diagnostic des pannes.

Facile à intégrer : les appareils du réseau PROFINET peuvent être rapidement intégrés et configurés grâce à des fonctions d'identification et de configuration automatiques, ce qui réduit la difficulté d'installation et de débogage des appareils et améliore l'efficacité de la production et du travail.

Inconvénient :

Complexité : en tant que protocole de communication avancé, PROFINET présente des coûts d'apprentissage et de mise en œuvre plus élevés que d'autres protocoles simples. De plus, la configuration et la maintenance des réseaux PROFINET nécessitent également des compétences et une expérience élevées, et des ingénieurs et techniciens professionnels sont nécessaires pour le support et la gestion.

Coût : le réseau PROFINET nécessite des coûts matériels et logiciels élevés, notamment des contrôleurs PROFINET, des périphériques PROFINET IO, des commutateurs réseau, etc. Dans le même temps, les appareils et applications PROFINET doivent également être authentifiés et autorisés, et les frais correspondants doivent être payés.

Sécurité : la sécurité des communications réseau PROFINET nécessite une configuration et une gestion spéciales, notamment un pare-feu, un cryptage des données, une authentification, etc. Si des mesures de sécurité ne sont pas en place, les réseaux PROFINET peuvent être confrontés à des menaces et des attaques de sécurité.

En résumé, le protocole PROFINET présente les avantages d'une haute performance, d'une grande fiabilité, d'une interopérabilité et d'une visualisation, mais il présente également des inconvénients tels que la complexité de la configuration et de la maintenance, le besoin d'équipements spéciaux, les problèmes de sécurité et les limitations de déploiement. Lors de l'utilisation du protocole PROFINET, il est nécessaire d'examiner de manière exhaustive ses avantages et ses inconvénients, et de choisir un scénario d'application adapté aux besoins réels.

À l'avenir, l'orientation du développement de PROFINET comprend principalement les aspects suivants :

S'adapter aux besoins de l'industrie 4.0 : avec le développement rapide de l'industrie 4.0, PROFINET accordera de plus en plus d'attention à l'interconnexion entre les appareils et au partage de données, et accordera davantage d'attention à l'interopérabilité et à la polyvalence, offrant une solution plus flexible, efficace et intelligente.

Renforcer la sécurité : avec le développement continu de l'automatisation industrielle, les menaces et les attaques de sécurité du réseau deviennent de plus en plus courantes. PROFINET accordera plus d'attention à la sécurité de la communication réseau et fournira des mesures de sécurité plus complètes.

Améliorer les performances en temps réel : PROFINET continuera d'améliorer les performances en temps réel, en offrant des débits de transmission de données plus élevés et une latence plus faible pour répondre aux exigences de temps réel et de performances des équipements et systèmes d'automatisation industrielle.

Renforcer l'intelligence et la visualisation : PROFINET améliorera encore les fonctions d'intelligence et de visualisation, fournira des fonctions de surveillance, de diagnostic et de prédiction plus abondantes et réalisera une gestion et une maintenance intelligentes des équipements et des systèmes.

Élargir le champ d'application : PROFINET élargira encore le champ d'application, en impliquant davantage d'industries et de domaines, tels que le médical, l'aérospatiale, la robotique, etc.

En bref, en tant que protocole de communication d'automatisation industrielle avancé, PROFINET continuera à jouer un rôle important à l'avenir et à promouvoir l'innovation et le développement continus dans le domaine de l'automatisation industrielle.