PROFINET: qué es y cómo funciona


Son muchas las voces en la industria que consideran a PROFINET un estándar de redes de comunicación en las empresas manufactureras. Pero, ¿Qué es exactamente PROFINET? y ¿Por qué está ganando tanta fuerza en los últimos años?

PROFINET (Process Field Network) es un protocolo de comunicación Ethernet industrial basado en estándares abiertos TCP/IP e IT y desarrollado con un enfoque en la semejanza a PROFIBUS DP. Así mismo, es un mecanismo para intercambiar datos entre controladores y dispositivos.

Los controladores, por norma general, son autómatas programables (PLC) y Sistemas de Control Distribuido (DCS), mientras que los dispositivos pueden ser modulos de E/S, sistemas de visión artificial, lectores de sistemas RFID, accionamientos varios, instrumentos de proceso, proxies, o incluso otros autómatas.
Por qué se utiliza PROFINET

En la tecnología de automatización actual, Ethernet y la tecnología de la información (TI) están cada vez más a la orden del día con estándares establecidos como TCP/IP y XML.

La fabricas requieren una comunicación más precisa, debido a los altos costos operativos y requisitos de productividad. A diferencia de Internet, los datos y mensajes deben llegar exactamente cuando se esperan, por lo que no son posibles los retrasos y errores.

La integración de la tecnología de la información en la automatización abre opciones de comunicación significativamente mejores entre los sistemas de automatización, ampliando las posibilidades de configuración y diagnóstico, así como la funcionalidad de servicio en toda la red.

Estas funciones han sido componentes integrales de PROFINET desde el principio. Además, la demanda de una mayor productividad de las máquinas y de las plantas de producción y, al mismo tiempo, la reducción de los costos ha sido siempre la fuerza motriz de las innovaciones en la automatización industrial.

Satisface todos los requisitos de la tecnología de automatización. Tanto si se trata de la automatización de fábricas, de procesos o de accionamientos (con o sin seguridad funcional).

A continuación detallaré algunas de las razones por las que se utiliza PROFINET en los sistemas de control actuales:
1. PROFINET es el estándar de comunicación para la automatización de procesos industriales

PROFINET cuenta con el apoyo de los proveedores (vendedores) de ingeniería de control. Tan importante, como los datos de rendimiento técnico del sistema de comunicación es el acceso a los principales sistemas de control.

Muchos fabricantes de control como Phoenix Contact y Siemens ya han implementado una interfaz PROFINET en sus dispositivos, proporcionando así un amplio soporte para el protocolo y acceso a muchas soluciones de automatización en todos los sectores.

El establecimiento del probado proceso de certificación garantiza un alto nivel de calidad para los productos PROFINET y su interoperabilidad en las plantas.
2. Aumento del potencial de productividad.

Para poder fabricar de forma económica, los sistemas de producción deben alcanzar su retorno de la inversión (ROI). Para lograrlo, es necesario reducir sustancialmente los costos de desarrollo e ingeniería que representan la mayor parte de los costos totales, y simplemente intercambiar las soluciones existentes en nuevos conceptos.

Las estructuras de comunicación dentro de una empresa son, pues, una influencia decisiva para abrir nuevas posibilidades de productividad.

Para los fabricantes, el uso de PROFINET minimiza los costos de instalación, ingeniería y puesta en marcha. A su vez, ofrece una fácil expansión de la planta de producción y una alta disponibilidad del sistema debido a las unidades de planta que funcionan de forma autónoma y a los bajos requisitos de mantenimiento.
3. Integración con otros bus de campo.

PROFINET permite la integración de sistemas de bus de campo existentes como PROFIBUS, AS-Interface, INTERBUS, Foundation Fieldbus y DeviceNet, sin necesidad de modificar los dispositivos existentes.
Características principales de PROFINET

Con su comunicación integrada basada en Ethernet (todo en un solo cable. ), satisface una amplia gama de requisitos, desde la asignación de parámetros de datos intensivos hasta la transmisión extremadamente rápida de datos de E/S. De este modo, PROFINET permite la automatización en tiempo real. Además, proporciona una interfaz directa con el nivel de TI.
Instalación flexible y topología de red.

PROFINET es una red «conmutada» con una velocidad de transmisión de 100 Mbps cuando hay una conexión full duplex. Es 100% compatible con Ethernet según los estándares del IEEE y se adapta a las circunstancias de la planta existente, gracias a sus estructuras flexibles de línea, anillo y estrella y a sus soluciones de cable de cobre y fibra óptica.

Este tipo de redes de comunicación industrial son capaces de adaptarse a las demandas de comunicación de la aplicación. De la misma manera, permite el ahorro de costosas soluciones personalizadas y permite la comunicación inalámbrica con WLAN y Bluetooth.
Escalable en tiempo real.

La comunicación tiene lugar a través del mismo cable en todas las aplicaciones, desde tareas de control sencillas hasta aplicaciones de control de movimiento muy exigentes. Para tareas de control de alta precisión en bucle cerrado, es posible la transmisión de datos de proceso críticos para el tiempo con una fluctuación de 1µs.
Alta disponibilidad.

PROFINET integra soluciones de redundancia de reacción automática y conceptos de diagnóstico inteligentes. La transmisión de datos de diagnóstico acíclico proporciona información importante sobre el estado de la red y los dispositivos, incluyendo una visualización de la topología de la red. Los conceptos definidos para la redundancia de medios y sistemas aumentan significativamente la disponibilidad de la planta.
Seguridad integrada.

La probada tecnología de seguridad PROFIsafe de PROFIBUS también está disponible en PROFINET. La posibilidad de utilizar el mismo cable para la comunicación estándar y la relacionada con la seguridad ahorra en dispositivos, ingeniería y configuración.
Continúa el desarrollo de PROFINET.

Desde su introducción en 2004, la tecnología PROFINET ha sido utilizada por numerosas empresas en todos los sectores industriales, ya sea en combinación con un sistema de bus de campo como INTERBUS o como solución independiente.

Además de las ventajas tecnológicas, este desarrollo se basa en el hecho de que cada vez más fabricantes de dispositivos están instalando en sus productos una interfaz correspondiente, que ofrece más, o una selección y precios más baratos.
Cómo funciona PROFINET

PROFINET funciona con cable Ethernet de cobre, cable de fibra óptica (FO), cable de alimentación a través de Ethernet (PoE) e inalámbrico. Los componentes disponibles para su infraestructura dependen de la dureza del entorno y de si se utiliza o no PROFINET IRT.

PROFINET intercambia datos de forma rápida y precisa. Las velocidades requeridas varían según la aplicación; los instrumentos de proceso se actualizan en cientos de milisegundos, los dispositivos de fábrica proporcionan actualizaciones más rápidas (<10milisegundos br="" control="" de="" del="" eficiente.="" es="" la="" m="" movimiento="" n="" s="" sincronizaci="" y="">
Este protocolo de comunicación tiene que trabajar en varios entornos distintos, desde la oficina principal, a la sala de control, hasta la planta de la fábrica. Como se puede suponer, el entorno de la oficina principal no presenta dificultades en lo que respecta a las comunicaciones electrónicas; los componentes estándar de Ethernet suelen funcionar bien aquí. La sala de control y los entornos de la planta de producción son mucho más difíciles para las comunicaciones.

Allí, las complicaciones como la compatibilidad electromagnética, las interferencias, el estrés mecánico y las vibraciones pueden añadir cada una su propia versión de dificultad a la estabilidad de la red.
Componentes de PROFINET

Una red PROFINET puede ser una combinación de múltiples estaciones de trabajo que van desde dispositivos de E/S digitales hasta actuadores neumáticos, escaneres, sensores, sistemas de visión, entre otros.

Dentro de esta extensa red, todos los componentes de PROFINET trabajan dentro de tres funciones diferentes. Estas tres funciones se distinguen entre controladores, dispositivos, y supervisores y en la forma en que interactúan entre ellos.

Diagrama Básico de PROFINET

Roles del nodo PROFINET

PROFINET clasifica los dispositivos en tres tipos: controladores, dispositivos y supervisores.
Los controladores son dispositivos que ejecutan un programa de automatización e intercambian datos con los dispositivos.
Los dispositivos son sensores/actuadores conectados al controlador a través de Ethernet.
Los supervisores son un HMI, un PC u otros dispositivos de puesta en marcha, monitoreo o análisis de diagnóstico.

Los controladores asignan los datos a los dispositivos PROFINET y a la imagen de proceso del controlador. En los autómatas programables S7 de Siemens, los datos de E/S, las alarmas y los datos de estado se mapean en la imagen de proceso de forma muy parecida a como se hace en los dispositivos PROFIBUS.

Estos valores de datos están entonces disponibles para su uso por el programa de control. Los controladores deben soportar los siguientes tipos de servicios:
Intercambio de datos cíclico: el intercambio de datos entre los controladores y los dispositivos .
Intercambio de datos acíclicos: el intercambio de datos de configuración y diagnóstico
Alarmas: intercambio de datos de alarma de un dispositivo a un controlador.
Gestión del contexto: procesamiento de la conexión

Los supervisores se utilizan para la puesta en marcha y la recopilación de datos de diagnóstico. Pueden leer y escribir datos de diagnóstico internos o datos de diagnóstico proporcionados por el programa de aplicación de un dispositivo.

También, pueden leer y escribir datos de configuración, utilizando servicios especiales con datos de registro no cíclico. Este tipo de dispositivos sólo pueden utilizarse durante el proceso de puesta en marcha o pueden utilizarse como HMI para mostrar los datos de diagnóstico al usuario final.

Un sistema PROFINET requiere al menos un controlador y un dispositivo. Los sistemas pueden configurarse en varias configuraciones: varios controladores de E/S para un solo dispositivo de E/S, un solo controlador de E/S para varios dispositivos de E/S y varios controladores de E/S con varios dispositivos de E/S.
Ventajas de PROFINET
Alta velocidad: capacidad de desplegar miles de nodos con actualizaciones de 1ms.
Amplia difusión: tiene la mayor base de instalación de cualquier Ethernet Industrial y está creciendo rápidamente.
Diagnósticos avanzados: proporciona diagnósticos a nivel de dispositivo, módulo y canal. Los protocolos Ethernet como el Simple Network Management Protocol (SNMP) se utilizan para extraer datos de los conmutadores Ethernet.
Apoyo de la comunidad de usuarios: muchos expertos de PROFINET, un activo comité técnico/grupo de trabajo y asociaciones de proveedores en colaboración.
Facilidad de instalación.
Tiempo mínimo de puesta en marcha y apoyo de ingeniería.



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