Bezproblémový PROFINET nie je samozrejmosť
PROFINET je tu s nami oveľa kratšie ako PROFIBUS, ale počet inštalácii na celom svete rastie obrovskou rýchlosťou. Za jeho rast môže okrem iného jednoduchá inštalácia podobná klasickému ethernetu, s ktorým už má väčšina ľudí skúsenosti.
PROFINET je stále na vzostupe
Profinet je komunikačný systém podporovaný medzinárodnou organizáciou Profibus & Profinet International a je štandardizovaný ako medzinárodný otvorený štandard IEC 61158.
Hlavnou požiadavkou na PROFINET je deterministická reakcia v reálnom čase.
Takúto podmienku nezabezpečíme štandardnými prostriedkami priemyselného ethernetu. Preto sa vyvinul štandard, ktorý zaviedol zmenu v protokoloch a tiež vznikli požiadavky na nové vlastnosti sieťových komponentov, ako sú napríklad switche, WiFi moduly a ďalšie aktívne sieťové prvky.
Podľa IHS Markit je PROFINET najpoužívanejší systém na svete na báze Ethernet s podielom 29%.
Vďaka 6,4 miliónom nových zariadení nainštalovaných na trhu v roku 2019 zaznamenáva PROFINET doteraz najväčší medziročný nárast. To zodpovedá miere rastu 25% a prispieva k celkovému počtu uzlov 32,4 milióna.
PROFINET nieje kancelárska sieť
PROFINET je mnohými firmami prezentovaný ako sieť, ktorá je úplne bezproblémová v štýle „plug and play“, nakoľko netreba riešiť rôzne pravidlá, ktoré už boli spomenuté v predchádzajúcom článku v súvislosti so sieťou PROFIBUS.
Tu si však treba uvedomiť, že PROFINET nie je kancelárska sieť s navzájom prepojenými počítačmi a pripojeným internetom, kde nezáleží či sa dáta prenesú za 10ms alebo 100ms. V sieťach reálneho času je situácia odlišná, na čo sa pri projektovaní a návrhu siete trochu zabúda.
Ak pri riadení stroja potrebujeme nové dáta za 2ms, tak jednoducho musia prísť za 2ms, prípadne s malou odchýlkou, ale nie je prípustná strata dát alebo väčšie meškanie. Meškanie telegramov však pozorujeme na sieťach PROFINET dosť často a väčšinou za to môže chybne navrhnutá a nakonfigurovaná sieť.
Často sa totiž pri návrhu siete nemyslí na to, ako často potrebuje náš riadiaci systém nové dáta. Zvyčajne programátor ponechá základné nastavenie (napr. 2ms), čo v prípade väčšieho počtu zariadení spôsobí zvýšenú záťaž siete a dáta, ktoré potom skutočne potrebujeme, meškajú.
Meškanie dát nespôsobuje len záťaž siete
Čísla hovoria jasne. Typický PROFINET RT paket odosielaný každé 2ms generuje na sieti záťaž približne 0,43%. Smernica vytvorená organizáciou PI (PROFIBUS International) hovorí o maximálnej odporúčanej záťaži na sieti 20%. V prípade, že máme na sieti PROFINET len 50 účastníkov s aktualizačným časom 2ms, máme na sieti už záťaž okolo 21,5%.
Meškanie dát nespôsobuje, samozrejme, len záťaž siete. Telegram sa určitý čas zdrží v každom zariadení, cez ktorého prepínač (switch) musí prejsť na ceste k svojmu cieľu napríklad k PLC.
Preto treba dbať aj na parameter s názvom „line depth“, (tzv. hĺbka switchovania, alebo počet prechodov), čiže počet prepínačov, cez ktoré telegram musí prejsť. Smernica hovorí, že pri použití prepínačov typu ,,store and forward“ a aktualizačného času 2ms, by paket PROFINET RT nemal prechádzať cez viac ako 14 zariadení.
Podobných kritérií s odporúčanými hodnotami je samozrejme viac. Smernica PROFINET Design Guideline vytvorená organizáciou PI, obsahuje všetky potrebné informácie o správnom návrhu siete PROFINET.
Aktívna alebo pasívna diagnostika?
Diagnostikovať a vyhodnocovať kvalitu siete PROFINET je možné aktívnymi a pasívnymi diagnostickými prístrojmi. Rozdiel medzi aktívnou a pasívnou diagnostikou je v spôsobe získavania informácii o stave siete.
Aktívne nástroje sa dopytujú u samotných sieťových prvkov, naproti tomu pasívna diagnostika spočíva v odpočúvaní a online vyhodnocovaní komunikácie. Priekopníkom v oblasti pasívnej diagnostiky pre siete PROFINET patrí napríklad prístroj PROFINET INspektor.
Ide o zariadenie, ktoré trvale monitoruje stav siete a v prípade prekročenia niektorého z kvalitatívnych parametrov nás o tom rôznymi spôsobmi informuje. Medzi parametre, ktoré zariadenie vyhodnocuje, patrí napríklad meškanie telegramov, výpadky telegramov, záťaž siete, objem inej ako PROFINET komunikácie v sieti, rôzne diagnostické telegramy a podobne.
Diagnostika siete PROFINET na základe odpočúvania
PROFINET INspektor vyhodnocuje všetky parametre výhradne na základe odpočúvania, takže nijako neovplyvňuje komunikáciu a nehrozia tým žiadne riziká výpadkov, ako je tomu v prípade aktívnej diagnostiky.
Zariadenie sa umiestňuje medzi CPU (PROFINET controller) a nasledujúci prepínač alebo “device“ zariadenie, pretože v tomto mieste sú k dispozícii všetky pakety, ktoré vysiela a prijíma CPU od pripojených zariadení.
Smernica je predsa záväzná
Komplikácia pri použití pasívnej diagnostiky môže nastať vtedy, ak sa pri návrhu siete neprihliadalo na smernicu PI, ktorá hovorí, že medzi PN Controller a prvé zariadenie je potrebné inštalovať merací bod. Počas pripájania pasívneho diagnostického nástroja, je potom potrebné prerušiť komunikáciu a tým aj pozastaviť produkciu linky/stroja.
Tu je potrebné ešte dodať, že použitie tzv. mirroring portu ethernetových prepínačov pre potreby diagnostiky nie je vhodné riešenie. V skratke však môžeme povedať, že pri diagnostike potrebujeme odchytiť stav práve v momente, v ktorom má sieť problém a práve v tomto okamihu môže mirroring port prestať pracovať.
Dôvodom môže byť okamžitá vysoká záťaž siete, prípadne môže sieťové problémy spôsobovať samotný prepínač, čo nie je nič nezvyčajné.
Zdroj: www.indu-sol.com, upravil Automatizacia365.sk
