O que é Profinet? Tudo o que você precisa saber 2

A comunicação robusta, segura e resistente a interferências é fundamental em uma rede de  dispositivos de automação industrial. Nesse contexto, o Profinet é uma excelente opção, pois é baseado em Ethernet e foi projetado para atender aos requisitos de automação industrial com alta velocidade e robustez.  Este artigo dá uma visão geral sobre o Profinet, indo desde a definição até especificidades deste protocolo.

O que é Profinet?

O Profinet (Process Field Net) é um protocolo de comunicação industrial baseado em Ethernet, ou seja, faz uso da Ethernet comum como canal de comunicação. Ele foi desenvolvido no fim da década de 1990 pela PROFIBUS & PROFINET International (https://www.profibus.com/), entidade responsável pelo desenvolvimento e padronização tanto do PROFIBUS quanto do PROFINET, que são tecnologias de comunicação industrial amplamente utilizadas em automação. 

O Profinet Siemens, uma das implementações mais conhecidas e confiáveis desse protocolo, foi especialmente projetado para ser uma rede de comunicação industrial, usada para comunicar um Controlador Lógico Programável (CLP) e outros dispositivos industriais (sensores, atuadores, inversores, etc.) utilizados em linhas de produção industrial. Ele é padronizado segundo a norma IEC 61158, sendo compatível com redes Ethernet padrão (a mesma utilizada nos roteadores e switches para uso residencial e comercial), o que oferece grande interoperabilidade, uma vez que a comunicação Ethernet é muito disponível em indústrias.

Diferentemente de seu antecessor Profibus, que utiliza para comunicação uma rede RS-485, o Profinet aproveita a infraestrutura Ethernet pré-existente para oferecer maior largura de banda, velocidades superiores e integração direta via rede com sistemas supervisórios.

Como funciona o Profinet?

O funcionamento do protocolo Profinet baseia-se em uma arquitetura de comunicação onde há pelo menos um controlador (chamado de IO-Controller) e um ou mais dispositivos periféricos (chamados de IO-Devices) e um ou mais roteadores para suportar a rede Ethernet, conforme ilustra a figura 1.

Em termos de topologia de rede, a comunicação Profinet pode ser linear (P2P), estrela ou em anel.

A comunicação ocorre por meio de pacotes de dados trafegados na Ethernet, que podem ser classificados em diferentes tipos dependendo do nível de tempo real exigido:

• Profinet RT (Real-Time): utiliza Ethernet padrão para comunicações com requisitos de tempo real moderado. É adequado para aplicações gerais de automação industrial.
• Profinet IRT (Isochronous Real-Time): aqui, são utilizados mecanismos específicos para garantir comunicação determinística e sincronizada, sendo adequada para comunicações onde não são tolerados atrasos significativos na recepção e envio de mensagens, como controle de motores industriais, por exemplo.

Ainda, independente da topologia utilizada na rede Profinet (linear, estrela ou anel), a comunicação é organizada em ciclos de comunicação, coordenados pelo(s) controlador(es). Nestes ciclos, um controlador faz a sincronia com a rede, envia comandos e recebe as respostas dos dispositivos cujo os dados foram solicitados. A figura 2 ilustra um exemplo de ciclo de comunicação do Profinet IRT.

Cabos e infraestrutura de rede Profinet

A infraestrutura de rede Profinet, pelo fato de utilizar Ethernet como canal de comunicação, é composta por cabos e conectores compatíveis com o padrão Ethernet, porém com blindagem e de categoria Cat5e ou superior. Os dispositivos que fazem uso desta rede podem ter conectores especiais, como é o caso do cabo Profinet Siemens, que frequentemente utiliza conectores M12 projetados para ambientes industriais severos. Nesses casos, ao menos um dos terminais é 100% compatível com Ethernet , conforme mostra a figura 3.

Em muitas aplicações industriais, o cabo Profinet RJ45 é utilizado quando se deseja compatibilidade com conectores padrão Ethernet, mantendo ao mesmo tempo a robustez e blindagem necessárias para ambientes industriais.

Benefícios e comparações com Profibus

A adoção do Profinet em substituição ao Profibus (seu antecessor)  traz diversos benefícios técnicos e operacionais. Os principais benefícios estão listados abaixo:

• Maior velocidade de comunicação: o Profinet oferece taxas de transmissão muito superiores ao Profibus, uma vez que opera com Ethernet ao invés do RS-485 utilizado pelo Profibus. As taxas de comunicação na primeira variam de 100 Mbps a 1 Gbps, enquanto a segunda opera a 12 Mbps.
• Integração com supervisórios: o uso de Ethernet permite que a rede Profinet se integre diretamente a sistemas supervisórios. Já o Profibus exige uma conversão / adaptação de RS-485 para Ethernet para poder ser integrado a sistemas supervisórios.
• Ferramentas de diagnóstico de problemas: o Profinet possui ferramentas para diagnóstico (em tempo real) de problemas de comunicação, algo não presente no Profibus.
• Flexibilidade de topologia: diferente do Profibus, que utiliza RS-485, o Profinet suporta topologias variadas (linear, estrela e anel), facilitando o gerenciamento, expansão e manutenção da rede.

Entretanto, é importante ressaltar que o Profibus ainda é amplamente utilizado na indústria e, em algumas aplicações específicas  onde a atualização para Ethernet não é viável (impossibilidade de passar cabos Ethernet, por exemplo), o Profibus se mostra uma alternativa melhor.

Aplicações do protocolo Profinet na indústria

As aplicações mais comuns do Profinet na área industrial são:

• Automação de fábricas: controle de linhas de produção, sistemas robóticos, máquinas CNC, etc..
• Automação de processos: monitoramento e controle de processos industriais, principalmente naquelas onde as variáveis de controle precisam ser trafegadas com alta velocidade, tais como indústrias químicas, petroquímicas e alimentícias.
• Controle de motores industriais: controle de servomotores e sistemas de posicionamento com requisitos de alta precisão e sincronismo.
• Integração com supervisórios: devido ao uso de Ethernet padrão como canal de comunicação, o protocolo permite a integração fácil com sistemas de supervisão, ERP e MES, permitindo o monitoramento, controle e gerência de plantas industriais de forma direta.

Conclusão

O Profinet é, desde o final da década de 1990, uma referência de protocolo para comunicação industrial, utilizando a Ethernet como canal de comunicação. O protocolo foi projetado para permitir melhorias significativas em relação ao Profibus, tais como: alta velocidade, interoperabilidade com redes Ethernet já estabelecidas e integração direta com sistemas supervisórios. 

Neste artigo, foi possível ver como opera uma rede Profinet e sua comunicação, informações que são um bom ponto de partida para os desenvolvedores que desejam estabelecer uma carreira sólida na área de automação industrial.

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