O que é a rede PROFINET?

PROFINET – Rede digital no mundo da automação

Fala pessoal, como estão as coisas? 🙂

Estão prontos para aprender um pouco mais sobre automação industrial? Vamos discutir umas das coisas que eu particularmente curto bastante, que são as redes industriais. Mas o foco do artigo será em cima da rede PROFINET.

Acredito que muitos de vocês já ouviram falar sobre rede PROFINET ou talvez do seu concorrente, o EtherNet-IP. No entanto, caso não tenham nenhum conhecimento sobre a rede, não se preocupe!

A ideia hoje é falarmos de PROFINET para todos os níveis de conhecimento! 

Antes de entrar nos detalhes da rede em si, preciso falar um pouco mais sobre redes industriais. Acredito que é importante entender as opções atuais e como elas estão evoluindo.

Existem diversas redes industriais no mercado e cada uma possui aplicações específicas ou mais abrangentes. Vale lembrar que todas possuem pontos positivos e negativos, dependendo do modo como ela será aplicada. 

Vamos nessa?

Conteúdo do artigo:

• Redes industriais
• Tipos de protocolos
• O que é a rede PROFINET?
• Qual a diferença PROFIBUS e PROFINET?
• PROFINET, EtherNet-IP ou EtherCAT?

Redes industriais

Por mais que não pareça, existem diversos tipos de redes industriais disponíveis. No entanto, a realidade do campo, na maioria das vezes, ainda é uma só 4-20mA.

Existem diversas discussões para esse fenômeno, mas a realidade é que o 4-20mA é simples e robusto. Simples assim.

Saindo um pouco do campo e indo para nível dos controladores ou equipamentos com maior quantidade de dados, encontraremos diversos protocolos como, Modbus TCP/IP, Modbus RS485, OPC, PROFIBUS DP, etc. 

No campo também existem uma grande variedade como, FOUNDATION FIELDBUS H1, PROFIBUS PA, WirelessHART, HART, PROFINET, entre outros.

As redes industriais tem como intuito conectar os dispositivos de campo com controladores, enviando dados de processo, diagnóstico, permitir configuraçōes, entre outras funcionalidades. 

No campo, o 4-20mA ainda é o rei. Na verdade, a falta de preparo dos profissionais, além da complexidade das redes digitais, acaba adiando ainda mais a aposentadoria do 4-20mA (fica a dica para investir seu aperfeiçoamento nessa área!).

Mesmo assim, temos agora o assunto do momento, IIoT e indústria 4.0. Neste cenário, cada vez mais a digitalização será mais do que necessário para tais soluções funcionarem adequadamente.

Hoje em dia, protocolos baseados em EtherNet e também comunicação sem fio estão cada vez mais presentes em novos projetos, mas não o quanto gostaríamos .

PROFINET – Conceitos gerais 

Caso você já tenha instalado qualquer roteador ou dispositivo conectado a internet, provavelmente você usou ou viu um cabo Ethernet, certo?

É comum muitos pensarem que o  “Ethernet” significa apenas o tipo de cabo utilizado. Na verdade, o cabo representa apenas a parte física da rede em Ethernet.

Você pode ter diferentes tipos de protocolos nestes tipo de cabo. Aposto que você já ouviu falar de dois deles: o Protocolo da Internet (IP) e o Protocolo de Controle da Transmissão (TCP).

Para sua vida pessoal, estes protocolos são os mais convencionais, mas ramo industrial há exceções. Caso você não esteja muito afim de saber mais sobre o PROFINET.

Até aqui no artigo, você já possui todas as informações necessárias para instalar esta protocolo em sua casa, escritório ou outro local apenas conhecendo o TCP/IP. 🙂

Plantas industriais.

Uma planta industrial tem necessidades diferentes. No chão de fábrica, os controladores devem acessar dados em drives, I/O e estações de trabalho.

Uma resposta rápida é essencial neste tipo de aplicação, totalmente diferente do que acontece na sua casa, certo? Além disso, a solução precisa suportar abrasão, umidade, mudanças de temperatura, entre outras coisas

Pensando nisso, a galera da automação desenvolveu a Ethernet Industrial. A partir daí tivemos o surgimento do PROFINET,  dentre outros protocolos baseados em Ethernet.

O que é a rede PROFINET?

O PROFINET é um protocolo baseado em Ethernet para conectar dispositivos de processo – sensores, atuadores e similares – aos sistemas de controle. A associação PROFIBUS e PROFINET International (PI) criaram este protocolo com ajuda de alguns fornecedores.

O protocolo está em conformidade com o padrão Ethernet IEEE 802 na IEC 61158 e IEC 61784. Isso significa que você pode ter uma impressora e um medidor de vazão na mesma rede! Legal né! E lembrando: PROFINET é muito mais rápido que a rede da sua casa, com taxas de ciclo em sub-milisegundos.

Para explicar como isso funciona, precisamos nos voltar para o modelo de referência, o ISO/OSI. O modelo Open Systems Interconnection (OSI), possui sete camadas para conectar dois pontos em uma rede. Sabe como isso funciona?

O padrão Ethernet simplifica este modelo para quatro camadas:

• Ethernet = Camadas físicas e de enlace de dados
• IP = Camada de rede
• TCP ou User Datagram Protocol (UDP) = Camada de transporte
• Outros protocolos = Camada de aplicação

O PROFINET usa essas quatro camadas, mas nem sempre isso acontece. Um exemplo é o Real Time PROFINET, que ignora as camadas de rede e transporte.

Isto torna a resposta muito mais rápida do que o modelo TCP/IP padrão.

Três canais trocam dados com um controlador no PROFINET:

• TCP/IP = Configuração de parâmetros, configurações e operações de leitura/gravação cíclica
• Tempo real (RT)= Ignorando as camadas TCP/IP para acelerar a automação entre 1 e 10 milisegundos
• Tempo real isócrono (IRT)= Horários de comutação e sinais de classificação para sincronização precisa

Falando sobre o sistema I/O da rede PROFINET.

O PROFINET IO usa o modelo provedor-consumidor de troca de dados em vez do modelo mestre-escravo adotado pelo PROFIBUS. Esses dispositivos se encaixam em três categorias:

Controlador:

Normalmente, um controlador lógico programável (CLP) ou um sistema de controle distribuído (DCS), onde o programa de automação é executado. O controlador envia dados de saída para alguns dispositivos IO e recebe dados de entrada de outros. Ele é semelhante a um mestre de classe 1 no PROFIBUS.

Dispositivos:

São sensores ou atuadores conectados ao controlador através de cabos Ethernet. Esses dispositivos recebem dados de saída do controlador e enviam dados de entrada para o controlador. Semelhante aos escravos no PROFIBUS.

Supervisor:

PCs, interfaces homem-máquina (IHM) ou outros dispositivos de monitoramento, comissionamento ou diagnóstico. Semelhantes a um mestre de classe 2 no PROFIBUS.

Para configurar um sistema PROFINET IO, você precisa de pelo menos um controlador e um dispositivo. Mas você pode configurar sistemas de várias maneiras – vários controladores para um único dispositivo, um único controlador para vários dispositivos ou vários controladores para vários dispositivos.

Normalmente, você usa supervisores temporariamente para solução de problemas e comissionamento.

Um sistema PROFINET também possui componentes de rede, como switches e pontos de acesso wireless. Alguns componentes podem funcionar como dispositivos IO para diagnósticos aprimorados.

Configurando dispositivos PROFINET

Para configurar um dispositivo PROFINET IO você precisa de duas coisas – uma ferramenta para atuar como supervisor e um arquivo General Station Description (GSD). Este arquivo GSD é fornecido pelo fabricantes e se assemelha aos arquivos usados ​​no PROFIBUS. No entanto, é baseado em XML, chamado GSDML.

Após a configuração, o arquivo GSDML faz o download para o controlador, conectando-o aos dispositivos. Entradas e saídas fluem entre os dispositivos e o controlador como dados cíclicos. Outras informações, como dados de diagnóstico, são movidas como dados acíclicos.

Qual a diferença entre PROFIBUS e PROFINET?

Boa pergunta! De fato, a diferença entre PROFINET e PROFIBUS definitivamente não é clara para todos. Minha opinião é que o PROFINET é melhor que o PROFIBUS. Brincadeira, a melhor opção depende de vários fatores 🙂

Basicamente, o PROFIBUS é um protocolo digital tradicional baseado na comunicação serial. Já o PROFINET é um novo protocolo baseado na Ethernet Industrial.

Resumindo, eu diria que o PROFINET suporta uma comunicação mais rápida com mais largura de banda. Isso significa que a mensagem será maior que para o PROFIBUS.

Logo abaixo há uma planilha com uma comparação entre os dois protocolos. Ele oferece uma boa visão geral das diferenças entre PROFIBUS e PROFINET:

Uma grande vantagem sobre o PROFINET é que você pode usa-lo com comunicação sem fio proprietária. Sendo assim, é possível transmitir uma mensagem sem fio sem nenhum problema.

PROFINET é uma Ethernet padrão e, por isso, ,é possível utilizar o WIFI e Bluetooth – caso isso faça sentido na sua aplicação, claro!

PROFINET, EtherNet-IP ou EtherCAT?

Essa é uma pergunta bem polêmica. Eu já tive a oportunidade de presenciar algumas discussões bem acaloradas sobre o assunto durante um seminário no Brasil com foco em redes industriais, onde um um dos palestrantes puxou essa discussão.

Honestamente, o protocolo PROFINET e EtherNet-IP são muito similares. Falando de uma forma bem simplificada e clara, de um lado você tem o “padrão” europeu PROFINET e do outro, o “padrão” americano EtherNet-IP. Ah, eu quase me esqueço do EtherCAT, que às vezes é utilizado por aí.

Não faz sentido colocar os protocolos lado a lado para comparar padrões. Você pode fazê-lo, mas sabe o que será mais importante no final? Se você utiliza um sistema da Siemens, a probalidade é que você utilizará PROFINET em 99% dos casos, mas se você utilizar um sistema Rockwell, a probalidade é que você utilizará EtherNet-IP em 99% dos casos.

Logicamente, as coisas não são preto no branco e você sempre poderá (e deve) escolher a melhor solução para sua aplicação. Agora, fala sério! Vai me dizer que estou enganado quanto ao padrão depender muito da influência do fabricante que está utilizando, certo?

Essa história já aconteceu no PROFIBUS e FOUNDATION Fieldbus, WirelessHART ou ISA100 e agora PROFINET ou EtherNet-IP.

E você? É do time PROFINET, EtherNet-IP ou EtherCAT? Deixe seu comentário aqui no blog! 😉

Forte abraço!

Este artigo foi escrito em parceria com meu camarada Raphael Freitas, veja o blog sobre fotografia dele.

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Fabrício Andrade

Tenho 12 anos de experiência no mundo da Automação industrial, comecei minha carreira na JAT Instrumentação, depois trabalhei na Emerson Automation Solutions e Endress+Hauser. Tive a chance de implementar projetos, ministrar treinamentos e resolver problemas em diversas empresas no Brasil e Latina América. Trabalhei por 3 anos na Alemanha em um e-commerce de automação industrial e hoje sou gerente de marketing digital global na Endress+Hauser Suiça focado em IIoT. Além disso, sou cartunista e baterista nas minhas horas de folga.

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