InduSoft ha recibido el reconocimiento de  Control Engineering  por su excepcional software HMI para automatización industrial. Este año, InduSoft es el ganador de la categoría Software - Software HMI, que reconoció a InduSoft Web Studio 8.1 + Service Pack3.

PROFINET IO, una red de alto nivel para aplicaciones de automatización industrial, construido sobre tecnologías Ethernet estándar, PROFINET IO utiliza hardware y software Ethernet tradicional para definir una red que estructura la tarea de intercambio de datos, alarmas y diagnósticos con controladores programables y otros controladores de automatización.

PROFINET IO es una de las dos "vistas" de automatización estándar de Ethernet abiertas de Profibus International, mientras que PROFINET IO se centra en el intercambio de datos del Controlador Programable, PROFINET CBA (Automatización Basada en Componentes) se enfoca en sistemas de automatización distribuidos, PROFINET CBA proporciona un sistema basado en DCOM para organizar sistemas de automatización en redes de dispositivos pares que pueden intercambiar datos automáticamente utilizando relaciones predefinidas entre las interfaces de los componentes de automatización, PROFINET CBA se discute a fondo en otro documento.

PROFINET IO es muy similar a Profibus en Ethernet, mientras que PROFIBUS usa comunicaciones cíclicas para intercambiar datos con controladores programables a una velocidad máxima de 12Meg en baudios, PROFINET IO utiliza la transferencia de datos cíclicos para intercambiar datos con controladores programables a través de Ethernet, al igual que con Profibus, tanto un controlador programable como un dispositivo deben tener un conocimiento previo de la estructura y el significado de los datos, en ambos sistemas, los datos se organizan como ranuras que contienen módulos con el número total de puntos de E/S para un sistema y la suma de los puntos de E/S para los módulos individuales.

PROFINET IO utiliza tres canales de comunicación diferentes para intercambiar datos con controladores programables y otros dispositivos, el canal TCP/IP estándar se usa para la parametrización, configuración y operaciones de lectura/escritura acíclicas, el canal RT o Tiempo Real se utiliza para la transferencia de datos cíclicos estándar y las alarmas, las comunicaciones de RT evitan la interfaz TCP/IP estándar para acelerar el intercambio de datos con los controladores programables, el tercer canal, Isochronous Real Time (IRT) es el canal de muy alta velocidad utilizado para las aplicaciones de control de movimiento, IRT se implementa utilizando un ASIC personalizado y no es el tema de este documento.

La mayoría de las personas que trabajan en una oficina asocian el término "Ethernet" con el cable físico detrás de su escritorio, este cable conecta la PC de su oficina a las impresoras y servidores de la red local y los sitios web infinitos en Internet, este cable es solo la parte física de Ethernet, el medio que lleva mensajes de Ethernet a su PC, en este cable hay toda una serie de protocolos de comunicación, como EtherNet IP, el Protocolo de Internet; TCP, el Protocolo de Control de Transporte; y varios protocolos de Microsoft como NetBEUI, Este conjunto de protocolos funciona bien para el entorno de oficina, Permite a los usuarios compartir archivos, acceder a impresoras, enviar correos electrónicos, buscar en Internet y realizar todas las demás comunicaciones utilizadas en el entorno de la oficina.

Las necesidades en los procesos de producción son muy diferentes con algunos requisitos muy especiales, en lugar de acceder a archivos e impresoras, los controladores de planta deben acceder a los datos incrustados en los sistemas de unidades, estaciones de trabajo del operador y dispositivos de E/S, en lugar de dejar que un usuario espere mientras se realiza una tarea, las necesidades de comunicación de datos de la planta son en tiempo real o casi en tiempo real, terminar la operación de llenado en una botella requiere comunicaciones mucho más precisas en el tiempo que acceder a la página siguiente de un sitio de Internet.

Tradicionalmente, Ethernet solo tenía una aceptación limitada en la automatización industrial, hasta hace poco, el gasto, la falta de conmutadores y enrutadores sofisticados y la dominación de grandes proveedores con protocolos propietarios impedían la amplia aceptación de Ethernet en la fábrica, ahora que los precios están bajando, las PC con capacidad de Ethernet inherente se mueven en masa hacia la fábrica y los conmutadores y enrutadores inteligentes, Ethernet está ganando aceptación, solo la falta de una capa de aplicación flexible y ampliamente aceptada dirigida a la automatización industrial ha impedido su completa aceptación.

PROFINET IO, como muchos otros sistemas de redes, tiene un conjunto de terminología única, la Tabla 1 contiene algunos de los términos que se usan comúnmente cuando se habla de PROFINET IO.

PROFINET IO es una capa de aplicación Ethernet industrial única, ofrece muchos beneficios sobre las capas de aplicaciones de la competencia, que incluyen:

• Operación de alta velocidad: el canal de comunicación en tiempo real proporciona un intercambio de mensajes de alta velocidad al pasar por alto el tiempo requerido para procesar la pila TCP/IP.
• Integración perfecta y casi idéntica de Siemens S7 PLC a Profibus.
• Soporte para aplicaciones de control de movimiento de tiempo crítico.
• Inicio rápido.
• Inteligencia distribuida.
• Facilidad de instalación.
• Tiempo mínimo de puesta en marcha y soporte técnico.
• Clasificación de dispositivos PROFINET

PROFINET IO clasifica los dispositivos en tres tipos; Controladores IO, Dispositivos IO y Supervisores IO, los controladores IO son dispositivos que ejecutan un programa de automatización, Los controladores, funcionalmente similares a un Maestro Clase 1 de Profibus, intercambian datos con dispositivos IO, los dispositivos IO son dispositivos sensores/actuadores distribuidos conectados al controlador IO a través de Ethernet, en términos de Profibus, los dispositivos IO son similares a los esclavos de Profibus, los Supervisores de IO son HMI, PC u otros dispositivos de puesta en marcha, monitoreo o análisis de diagnóstico, estos dispositivos son similares a los Class 2 Profibus Masters.

Los controladores IO asignan datos IO de los dispositivos PROFINET IO a la imagen de proceso del controlador, en los controladores programables Siemens S7, los datos de E/S, alarmas y datos de estado se asignan a la imagen de proceso de la misma manera que se realiza para los dispositivos Profibus, estos valores de datos están disponibles para ser utilizados por el programa de control, los controladores IO deben admitir los siguientes tipos de servicios:

• Intercambio de datos cíclico - el intercambio de datos entre los controladores IO y los dispositivos IO.
• Intercambio de datos acíclicos - El intercambio de datos de configuración y diagnóstico.
• Alarmas - intercambio de datos de alarma de un dispositivo IO a un controlador IO.
• Gestión de contexto - Procesamiento de conexión.

Los supervisores IO se utilizan para la puesta en servicio y la recopilación de datos de diagnóstico, los supervisores de IO pueden leer y escribir datos de diagnóstico internos asociados con la pila de PROFINET IO o datos de diagnóstico proporcionados por el programa de aplicación de un dispositivo, los supervisores de IO también pueden leer y escribir datos de configuración utilizando servicios de objetos de datos de registro especiales, no cíclicos, estos tipos de dispositivos solo se pueden usar durante el proceso de puesta en servicio o se pueden usar como HMI para mostrar datos de diagnóstico al usuario final.

La representación de red de un dispositivo es la vista del dispositivo desde la red, en Modbus y Modbus TCP, los dispositivos se representan como una serie de registros (enteros de 16 bits) y bobinas (bits), en EtherNet/IPT y DeviceNetT, los dispositivos se representan como objetos, otras redes tienen otras configuraciones de red, en LonworksT, los datos se representan mediante una serie de "etiquetas de datos" que el dispositivo proporciona al mundo exterior, en todos los casos anteriores, el dispositivo presenta una visión de sí mismo al mundo exterior, esa representación es la representación en red.

La representación de la red PROFINET IO es muy similar a Profibus, Consiste en un dispositivo con slots, subslots y canales, los subslots son subcomponentes de una ranura, a cada subsote se le asigna una cantidad de puntos o canales de E/S, un canal es el término PROFINET IO que se refiere a una entrada física discreta, salida discreta, entrada analógica o salida analógica, un dispositivo puede tener casi cualquier número de ranuras, subslots y canales.

A excepción de la Ranura cero, todas las demás ranuras y subslots contienen datos de estado, diagnóstico y alarma para los canales de esa ranura, para los puntos transferidos a un controlador IO, el estado del proveedor y la información de diagnóstico se transfieren automáticamente en cada ciclo de exploración de E/S, para los puntos transferidos a un dispositivo IO, el estado del consumidor se devuelve al IO-Controller.

A pesar de que los dispositivos PROFINET IO y los archivos GSD se refieren a "Ranura cero", no hay una Ranura cero, la primera ranura de E/S de un dispositivo es la ranura uno, en lugar de referirse a una ranura real, la ranura cero se refiere al dispositivo en sí, no hay datos de E/S contenidos en la ranura cero, en lugar de los datos de E/S, la ranura cero administra todos los datos genéricos del dispositivo, como el nombre del proveedor, el número de catálogo del producto y la información de la versión del software y hardware y otra información similar.

Los módulos son componentes funcionales específicos que pueden asociarse con una ranura, los módulos pueden ser virtuales o reales, un módulo, real o virtual, debe conectarse a una ranura antes de que el dispositivo de E/S se conecte, el módulo le da a la ranura una identidad específica, por ejemplo, un módulo de entrada discreta de 16 da a la ranura una identidad de entrada discreta de 16, de la misma manera que los módulos proporcionan identidad a las ranuras, los submódulos proporcionan una identidad de subsuelo, el módulo de 16 entradas discretas puede estar compuesto por un submódulo de 16 entradas discretas, dos submódulos de 8 entradas o cuatro submódulos de 4 entradas.

Los controladores de E/S se asocian a un dispositivo y todas las ranuras y subslots, la versión actual de PROFINET IO solo admite dispositivos asociados a un controlador IO a la vez, las versiones futuras de PROFINET IO pueden eliminar esta restricción y asociarse a los controladores IO por ranura.

En un controlador IO como un controlador programable Siemens 317, se recopilan los puntos o canales de E/S para los subslots asignados a dichos controladores programables y ese grupo de datos forma la imagen de datos de E/S que se transfiere entre el dispositivo IO y el IO. Controlador, por ejemplo, si tiene un dispositivo PROFINET IO con cuatro ranuras de entrada (16 entradas cada una) y dos ranuras de salida (16 salidas cada una), la imagen de E/S transferida entre el controlador y el dispositivo es de 4 bytes en la dirección del controlador programable y 2 bytes en la dirección del dispositivo IO.

Internamente, en un controlador IO, todas las entradas PROFINET IO se asignan a la tabla de datos de entrada y todas las salidas se asignan a la tabla de datos de salida, tal como se hace para Profibus.

Los dispositivos PROFINET IO se configuran utilizando una herramienta de configuración que actúa como Supervisor IO, El IO-Supervisor utiliza un archivo GSD similar a los archivos GSD comunes a Profibus, a diferencia de los archivos GSD de Profibus, los archivos GSD de PROFINET IO están basados ​​en XML y contienen mucha más información que el GSD de Profibus, debido a que están basados ​​en XML, los archivos GSDML de PROFINET se denominan archivos GSDML (consulte la sección posterior para obtener más información sobre el archivo GSDML).

La configuración se transfiere desde el IO-Supervisor utilizando los servicios de registro de objetos de datos (RDO), estos servicios permiten a un dispositivo externo leer y escribir datos mantenidos por la pila PROFINET IO o la aplicación, los datos de registro son datos en tiempo no real, incluye datos como datos de configuración, diagnóstico y estado, los datos de registro siempre se transfieren de forma acíclica en un modo de transmisión en cola, orientado a la conexión, los datos de registro pueden consistir en:

• Datos de diagnóstico: los datos de diagnóstico asociados con un canal (punto de E/S).
• Entradas del libro de registro: el registro de alarmas y diagnósticos que mantiene el dispositivo PROFINET IO.
• Entradas de identificación: datos de identificación que describen el nombre del dispositivo, el apellido y otros datos de identificación (ver más abajo).
• Objetos de datos IO: Datos de canal.

La dirección IP del dispositivo PROFINET IO se almacena en la memoria persistente del dispositivo, puede ser modificado por un Supervisor de IO utilizando servicios de RDO, un dispositivo PROFINET IO también puede configurarse para obtener una dirección IP automáticamente desde un servidor bootp o DHCP.

El archivo GSDML (Lenguaje de marcado de descripción de estación genérica) es un archivo XML (lenguaje de marcado extensible) que describe la implementación esperada de un dispositivo PROFINET IO, La tabla 3 describe los elementos de nivel superior de un archivo GSDML de PROFINET IO.

Tabla 3 - Elementos GSDML de nivel superior

El cuerpo del perfil detalla la implementación del dispositivo en tres elementos principales. La tabla 4 describe estos elementos.

Tabla 4 - Perfil del cuerpo

El Proceso de Aplicación se compone de dos elementos muy importantes que se describen en el Cuerpo de Perfil y detalla la implementación del dispositivo en tres elementos principales.

Tabla 4 - Perfil del cuerpo

El Proceso de Aplicación se compone de dos elementos muy importantes que se describen en el Cuerpo de Perfil y detalla la implementación del dispositivo en tres elementos principales.

Tabla 5 - Elementos importantes del proceso de aplicación

Para los datos de E/S, el archivo GSDML describe la estructura de los datos de entrada y salida cíclicos transferidos entre el controlador programable y el dispositivo PROFINET IO. Cualquier desajuste entre el tamaño o la estructura de los datos de entrada y salida y la estructura real del dispositivo interno genera una alarma en el controlador.

Cada dispositivo PROFINET IO utiliza una serie de valores constantes. La tabla 6 define estos valores y enumera sus fuentes:

El software PROFINET Runtime o "PROFINET Core" es el software que Profibus International pone a disposición de los desarrolladores. Este software es solo uno de los componentes necesarios para implementar un dispositivo PROFINET. La Figura 1 representa gráficamente el núcleo y los componentes adicionales necesarios para construir un dispositivo PROFINET.

La aplicación de usuario "conecta" los módulos en las ranuras al encender, inicia la tarea PROFINET, genera datos de diagnóstico, emite y emite alarmas y mapea los datos de E/S entre la E/S del dispositivo físico y la E/S PROFINET.

El sistema operativo en tiempo real realiza la gestión de tareas. Como mínimo, PROFINET IO se ejecuta en una tarea, está la tarea de aplicación del usuario y hay una tarea de intercambio de datos.

El núcleo PROFINET IO es el software que Profibus International proporciona a los desarrolladores. Este software no debe ser cambiado. Se compone de los siguientes subcomponentes principales:

• Programa de control de IO: el IOD intercambia datos de E/S con la aplicación
• Administrador de contexto: el CM crea y administra las relaciones de aplicación y comunicación con los controladores programables y los supervisores IO.
• RPC (llamada a procedimiento remoto): el subsistema que administra los mensajes de comunicaciones acíclicas que llegan a través de UDP. Estos mensajes son los servicios de lectura / escritura.
• DCP - Protocolo de descubrimiento para identificar dispositivos PROFINET
• ACP - Protocolo de control de alarmas para gestionar la generación y liberación de alarmas.
• Sockets: implementación de Sockets que admite el envío / recepción de mensajes UDP
• EDD: el controlador de dispositivo Ethernet proporciona servicios para enviar y recibir mensajes de tiempo cíclico, acíclico y no real (NRT).
• CHECKER - El Checker proporciona servicios de gestión de tramas y enrutamiento. Los marcos se enrutan al EDD o la interfaz de Sockets para su procesamiento.

Los módulos de interfaz proporcionan la interfaz entre el kernel PROFINET IO y el RTOS. Estos son en su mayoría componentes RTOS estándar, pero algunos deben modificarse para admitir la operación PROFINET IO. La capa Abstracción del SO es la única que no es, al menos, parcialmente proporcionada por el proveedor de RTOS. Asigna las llamadas del sistema operativo del núcleo PROFINET a las llamadas del sistema operativo del RTOS y es específica del RTOS. Es específica para una implementación del RTOS.

Los dispositivos PROFINET IO normalmente están configurados por el software Siemens Step 7. Usando el Paso 7, las descripciones de los dispositivos se cargan desde los archivos GSDML. Las configuraciones de E/S se asignan a las tablas de E/S del controlador Siemens IO y las direcciones IP se asignan a cada dispositivo PROFINET IO. La figura 2 representa gráficamente la estructura de este sistema.

Profibus es un estándar mundial para la transmisión de datos de proceso entre dispositivos de nivel de campo y controladores programables, ¿Cómo pueden viajar los datos de E/S y otra información entre Profibus y PROFINET IO? A nivel físico estas dos redes de comunicación son completamente incompatibles, Profibus es en su base un estándar de comunicación basado en RS485 con una velocidad máxima de 12M, El núcleo de PROFINET es Ethernet, otro estándar mundial con velocidades de transmisión de 100M y más.