UM ESTUDO SOBRE A TECNOLOGIA PROFINET

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1 UM ESTUDO SOBRE A TECNOLOGIA PROFINET André Luís Dias Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo Siemens Ltda Guilherme Serpa Sestito Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo Afonso Celso Turcato Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo SmarLtda Paulo Henrique Toledo de Oliveira e Souza Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo Dennis Brandão Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo ABSTRACT This study presents a literature review of the concepts covered in the scientific literature since 2005 of the Profinet protocol through systematic research in the database IEEExplorer, Web of Knowledge, Scopus and Scielo. The article provides an overview of the most common applications of the protocol in industry and academia. The paper contributes both to the scientific community in the understanding of the main issues of the protocol and also helps the technology users on features that can be used in their applications. RESUMO Este estudo apresenta uma revisão bibliográfica dos conceitos abordados na literatura científica a partir de 2005 do protocolo de comunicação Profinet, através de pesquisa sistemática na base de dados IEEExplorer, Web of Knowledge, Scopus e Scielo.O artigo fornece um panorama geral das aplicações mais comuns do protocolo na indústria e na academia. O trabalho contribui tanto para a comunidade científica no entendimento dos principais temas sobre o protocolo, como também auxilia o usuário da tecnologia sobre funcionalidades que podem ser empregadas em suas aplicações. Palavras chaves: Profinet, Real Time Ethernet (RTE)

2 1. INTRODUÇÃO O uso da tecnologia Ethernet era considerado inapropriado para processos industriais, muitas vezes hostis, por uma série de motivos. Dentre eles, destacam-se a ausência de proteção nos conectores contra umidade, poeira e temperaturas elevadas e, principalmente falta de determinismo para comunicação em tempo real (KLEINES et al.,2007).o padrão Ethernet restringia-se a aplicações de escritório. Mas, segundo Moyne e Tilbury (2007) este padrão de comunicação era fácil e barato de instalar, além de possuir alta taxa de transmissão de dados se comparado aos fieldbuses da época. Neste contexto, houve uma série de investimentos em pesquisas e ocorreram melhorias que possibilitaram o surgimento de soluções baseadas em Ethernet para automação industrial. Surgiram protocolos baseados na tecnologia Real Time Ethernet (RTE). Nota-se a presença de cabos e conectores com a robustez necessária, uso de switches para evitar colisões de mensagens e outras melhorias em software que juntas, atribuem as garantias de determinismo desejadas. Atualmente esta tecnologia é amplamente aceita e utilizada em ambientes industriais, tanto no nível supervisório, como nos níveis de controle e campo. Existem diversos protocolos definidos pelo padrão IEC (INTERNATIONAL...,2010). Dentre eles, o protocolo Profinet possui grande interesse do mercado e da literatura científica. Vários trabalhos visam introduzir o protocolo, como pode ser observado em Felser (2005), Pitcher (2008), Wilmes(2010), Kleineset al. (2007), Neumann e Poschmann (2007). Neste contexto, este artigo tem por finalidade apresentar uma revisão dos trabalhos desenvolvidos nessa área desde 2005 até os dias atuais para ter-se um panorama de como o protocolo vem sendo explorado. Desta maneira o trabalho contribui para a comunidade científica que estuda ou pretende iniciar trabalhos, concentrando informações sobre principais temas estudados, metodologias de análises já utilizadas, desafios futuros da tecnologia e possíveis lacunas existentes na literatura. Adicionalmente auxilia os usuários desta tecnologia sobre funcionalidades que podem ser implementadas em suas aplicações. Trata-se de uma pesquisa de caráter exploratório visando apresentar em gráficos dos principais temas estudados nos artigos disponíveis de acordo com a metodologia empregada. O trabalho que se desenvolve da seguinte maneira, no capítulo 2, apresenta-se os conceitos básicos sobre o protocolo Profinet, indicando organizações e normas que o suportam. A partir do material disponibilizado pelas normas, organizações e adicionalmente publicações científicas são apresentados os tipos de dispositivos, meio físico e equipamentos empregados na implementação de uma rede Profinet. Os canais de comunicação e seus quadros são definidos e classificados. Demais aspectos e conceitos da tecnologia necessários para o entendimento do trabalho também são expostos. No capítulo seguinte, a metodologia utilizada no trabalho é apresentada, utiliza-se material publicado nas principais bases de dados que possuem grande relevância sobre o conhecimento estudado. Critério de busca foi definido de maneira a maximizar quantidade de publicações que contribuem para alcançar o objetivo proposto. O capítulo 4 apresenta os resultados da pesquisa bibliográfica. O conteúdo é agrupado por temas principais dos artigos. São identificados os autores, as bases de dados, ano de publicações e as principais considerações dos artigos para cada tema definido. Gráficos estatísticos apresentam quantitativamente as principais linhas de pesquisas trabalhadas a partir de A conclusão, no capítulo 5 transcreve sobre o estado da arte da tecnologia Profinet, identificação dos temas mais publicados, futuros trabalhos e temas ainda não abordados em publicações científicas das bases de dados pesquisadas. Finalizando o trabalho, são indicadas as referenciais bibliográficas utilizadas para que os leitores possam buscar mais detalhes sobre temas específicos. O trabalho ainda contempla um mini-currículo de cada autor.

3 2. FUNDAMENTOS DO PROTOCOLO PROFINET O protocolo PROFINET tem o suporte da associação de empresas do segmento de automação industrial denominada Profibus International (PI) e é definido pelas normas IEC e IEC Inicialmente a tecnologia possuía duas versões: Profinet CBA (ComponentBased Network) e o PROFINET IO. A primeira foi descontinuada pela PI e também não obteve grande relevância para o mercado e para a literatura científica. De modo que a versão Profinet IO define-se como o padrão Profinet explorado nos dias atuais. Profinet trabalha com o conceito da comunicação entre uma estação central e dispositivos de campo, seguindo o modelo Provider-Consumer para troca de dados. Diferentemente dos outros protocolos de campo, o Profinet não apresenta hierarquia entre os elementos da rede. Há três tipos de dispositivos definidos: IO-Controller: representa a estação central de inteligência, como o CLP. Responsável pela configuração e parametrização de seus respectivos dispositivos associados e controla a transferência de dados do processo. IO-Device: representa os dispositivos de campo. Ele transmite ciclicamente os dados de processo coletados ao IO-Controller e vice-versa. Também disponibiliza diagnósticos e alarmes. IO-Supervisor: representa a estação de engenharia para programação, configuração ou diagnóstico dos dispositivos da rede. Em se tratando do meio físico, o sinal é transmitido no padrão 100BASE-TX, no cabo CAT 5 e FTP, sendo a cor verde característica. A velocidade de transmissão é de 100 Mbit/s e podem ser lançados até 100m de cabo a cada segmento da rede. Usam-se conectores RJ45 e M12. Também é amplamente explorado o uso de fibra óptica e comunicação wireless. Com grande opção de meios de transmissão, o protocolo traz também ampla versatilidade em relação a topologia de rede a ser adotada, podendo ser: estrela, árvore, linha e as combinações entre elas. Sempre destacando o uso dos switches. O switch Cut-throught é o modelo mais empregado no meio industrial. Caracteriza-se pela checagem dos seis primeiros bytes da mensagem, correspondentes ao MAC address de destino. Deste modo, há o direcionamento da mensagem para seu destino sem praticamente atrasos, não há a colisão de mensagens, mas não há a checagem de erros em toda a mensagem. Quando uma rede é inciada, relações lógicas denominadas Application Relationship (AR) entre IO-controller e os IO-Devices são estabelecidas. Após a criação dessas conexões, são criados canais denominados Communication Relationship (CR) que servirão para configurar os alarmes e os dados de processo que serão trocados. Neste momento, ambos dispositivos (IO-Controller e IO-Device) estão prontos para trocar dados de forma contínua e biderecional. Cada IO-Device envia um quadro para o IO- Controller com valores recebidos no campo, enquanto o IO-Controller respondecom quadros de valores de saída para o campo (FERRARI et al., 2012). Há três tipos de comunicação no protocolo como pode ser visto pela Figura 1 que representa a pilha de comunicação segundo o modelo OSI: O número 1 representa o canal de comunicação TCP/IP. Por este canal, basicamente são configurados e lidos os parâmentros dos IO-Devices e as ARs são incializadas. São mensagens longas e lentas. A comunicação estalebecida aqui é dita non-real time (nrt) e acíclica. O número 2 exibe o canal onde são transmitidos os dados cíclicos e os alarmes. Este canal apresenta alto desempenho e a maioria das aplicações do protocolo. A comunicação deste canal é denominada real time (RT). O número 3 corresponde ao canal de comunicação IRT. Este tipo de comunicação permite a transferencia de dados de maneira sincronizada com jitter de menos de 1µs. Segundo a literatura, atinge-se tempo de ciclo de 31,25µs.

4 Figura 1: Pilha de comunicação do protocolo Profinet segundo o modelo OSI Fonte: Adaptado de Profinet Para a comunicação RT e IRT, há uma classificação dos quadros de acordo com seu grau de determinismo, de acordo com Ferrari et al. (2007) e PI, (2011): RT Class 1: utilizado em aplicações que necessitam tempo de ciclo de até 10ms. Não necessita de hardwares especiais. Representa a comunicação RT. RT Class 2: utilizado em aplicações que necessitam de tempo de ciclo menores que 10 ms.também não exige hardwares especiais e configuração prévia da rede. RT Class 3: também chamado de tempo real isócrono (IRT) é utilizado em aplicações que requerem isocronocidade e tempo de ciclos na ordem de 1 ms. Esta é a classe de desempenho mais alta. RT_Class 3 possui jitter extremamente baixo, porém exige uma rígida topologia de rede configurada previamente, e hardware específico (normalmente possui switches integrados nos dispositivos de campo). Em se tratando de tempo, denomina-se sendclock o intervalo de tempo comum em um tempo de ciclo. É mandatório para todos os dispositivos da rede suportar um sendclock de 1ms. O valor mínimo de 31,25µs e valor máximo de 4ms. Outro parâmetro importante relacionado ao tempo é a Reduction Ratio. Indica quantos sendclocks o IO-Device deve esperar para mandar seus dados novamente. Visto que, no protocolo Profinet pode-se atribuir diferentes taxas de atualização das entradas e saídas para os IO-Devices. Na Figura 2, a reduction ratio do IO Dev 4 é 0, do IO Dev 3 é 1, do IO Dev 2 é 3 e por fim, do IO Dev 1 é 7.

5 Figura 2: Estrutura do ciclo da comunicação RT. Adaptado de Profinet O ciclo de comunicação é dividido em fases de acordo com o tipo de comunicação (non-rt, RT e IRT). Como pode ser observado pela Figura 3. Fase vermelha: apenas os quadros RT_Class3 (IRT) são enviados, todos os dispositivos sabem quando e qual porta física irão acessar. Para garantir que a comunicação ocorra sem atrasos, os quadros IRT possuem essa reserva da rede. Fase Laranja: apenas quadros RT_Classe 2 são enviados, porém os dispositivos não são configuradas sobre quais portas físicas e dispostivos haverá troca de dados. Dispositivos RT_Classe 2 foram descontinuados. Fase Verde: é composta por gerenciamento de mensagem Ethernet por prioridades. São enviados frames RT_Classe 2, RT_Class 1 e todo restante dos frames NRT, como frames TCP/IP e UDP/IP (estes possuem baixa prioridade). Estes tipo de frame enviados gandes quantidades de dados, assim esta parcela NRT ocupa no mínimo 40% da banda. Fase amarela: nesta fase apenas os frames que podem ser transmitidos completamente até o final desta fase são enviados. Figura 3: Fases do ciclo de comunicação Profinet IO. Adaptado de Profinet METODOLOGIA Para elaboração deste artigo foram consultadas as bases de dados: IEEExplorer Web of Knowledge

6 Scopus Scielo. A escolha das bases deve-se a grande abrangência de artigos apresentadas por elas e sua importância no meio científico. Usou-se como critério de busca os artigos em inglês, que possuíam o tópico PROFINET, a partir do ano de 2005, objetivando buscar referências mais atuais sobre a tecnologia Profinet, que está em constante desenvolvimento de suas funcionalidades. A busca retornou uma quantidade grande de publicações, e buscando um referencial com artigos científicos que contribuem em relação a pesquisa e utilização da tecnologia, se refinou as buscas nos artigos publicados em conferencias e congressos. Adicionalmente, foi adotado um critério de exclusão sobre os artigos coletados. Após leitura dos resumos de cada um deles, os artigos que não tinham como um dos principais protocolos estudados a tecnologia Profinet, ou seja, trabalhos que somente citaram a tecnologia, mas possuem foco em outro protocolo não foram utilizados neste trabalho. Após essa leitura inicial, foram totalizados 64 artigos e partir deles foi elaborada uma tabela com as seguintes informações: Título Autores Ano de publicação Base de dados Resumo A partir da leitura dos resumos dos artigos, foram identificados alguns tópicos ou temas que apareceram com maior frequência/relevância. Assim, algumas categorias de temas foram criadas e inseridas nesta tabela, identificando a melhor adequação de cada artigo. Com essa classificação foi possível criar gráficos estatísticos sobre os assuntos com maior número de referências, visto que são esses os tópicos que mais despertaram o interesse dos estudiosos nos últimos anos. Os resultados serão mostrados no capítulo seguinte, agrupados pelos principais temas encontrados. 4. RESULTADOS Os artigos foram divididos em seis áreas, como sendo os principais tópicos abordados, são eles: Profinet IRT: agruparam-se os artigos que abordavam assuntos relacionados ao modelo de comunicação IRT. Indicadores de desempenho: os indicadores de desempenho definidos pela norma IEC são: Delivery Time; Number of RTE end-stations; Basic network topology; Number of switches between RTE end-stations; Throughput RTE; Non-RTE bandwidth; Time synchronization accuracy; Non-time-based synchronization accuracy; Redundancy recovery time. Agruparam-se todos os indicadores neste item. Segurança: Contém aqueles artigos que estudam a segurança do protocolo Profinet. Alguns analisam ataques como o man-in-the-middle. Introdução: apresenta os artigos que visam introduzir os conceitos do Profinet. Geralmente são os trabalhos mais antigos. Wireless: reúne os trabalhos científicos que estudam o uso do wireless no protocolo Profinet e sua eficácia. Outro assunto: Engloba todos os artigos que não foram agrupados em outros grupos. A finalidade dessa categoria é reunir os assuntos que sozinhos possuiriam uma porcentagem muito baixa. De modo que o resultado das pesquisas pode ser observado pela Figura 4.

7 Figura 4: Gráfico da quantidade de artigos lidos e a porcentagem dos assuntos mais abrangentes Indicadores de desempenho Os indicadores de desempenho despertaram significativo interesse da comunidade científica, cerca de 23,8% dos artigos estudados. São utilizados para especificar o desempenho de um dispositivo, da rede e também para representar os requisitos de uma aplicação em específico (INTERNATIONAL...,2010). Iniciando as pesquisas, Antolovicet al. (2006) estudam o indicador Time Synchronization Accuracy que indica o desvio máximo entre quaisquer dois clocks de dispositivos. Neste sentido, os autores analisam e implementam testes para determinar o desempenho da comunicação peer-to-peer, levando em consideração o tamanho do quadro de dados e também a influência do switch. Marsal et. al (2007) destacam a influência do jitter na qualidade dos processo. Nesse sentido, introduz um método para estimar o jitter em sistemas complexos, mais especificamente, um método para calcular o tempo de ciclo entre o IO-Controller e o IO-Device é apresentado. Resultados preliminares mostram uma taxa de erro na estimação de menos de 5%. Ainda analisando o protocolo em relação ao tempo, Ferrari et al. (2007a) destacam que simulações são uma alternativa viável antes da implementação física da rede. Propõe dois modelos diferentes: um para o IO-Device e outro para o IO-Controller. Analisam vários parâmetros dos modelos, como o pior tempo de reação e jitter. Comparam esses resultados teóricos com os resultados práticos e obtem um erro relativo de menos de 3%. Com mais foco na sincronização, Ferrariet al. (2007b) trabalha com um instrumento multi-provas para analisar o desempenho de redes RTE. Destaca que a acurácia nos resultados (tipicamente jitter e atrasos) são estritamente dependentes da sincronização entre as provas que amostram dados. Então, apresenta três técnicas de sincronização que foram implementadas. Os resultados são analisados. Em Ferrari et al. (2008a) também é apresentado um instrumento de baixo custo para mensurar as características de tempo de nós RTE, entre elas: atrasos e sincronização. O instrumento proposto possui base FPGA o que permite a sincronização simultânea de diversas provas na rede. Os dados são estocados em um computador. O equipamento foi implementado e apresentou uma acurácia na sincronização das provas de 100ns. A implementação em FPGA também foi utilizado por Meier, Weibel e Weber (2008) para fins de sincronização.

8 Abordando sincronização de uma maneira diferente, Ferrari et al. (2008b) testa a coexistência de dois protocolos RTE e efeito causado. Após os resultados simulados serem apresentados, os autores propõem melhorias no algoritmo do protocolo Precision Time Protocol (PTP). Diferentemente dos demais, Domingues-Jaimes, Wisniewski e Trsek (2010) analisam o tráfego de dados na rede. Os autores citam que a identificação dos tráfegos RTE é preciso para serviços QoS. Introduzem um método para identificá-los e, para testá-lo identificam dados dos protocolos PROFINET RT, EtherNet/IP and Modbus TCP/IP. Em uma aplicação real, Ferrari et al. (2011) voltam a analisar os parâmetros de tempo. Os resultados ajudam a melhorar modelos de simulação para verificar situações críticas em plantas reais. Em se tratando de redundância, Flattet al. (2012) analisam o uso do protocolo High-AvailabilitySeamless Redundancy (HSR) em Profinet RT. Atualmente, o protocolo Media Redundancy Protocol (MRP) requer 200ms reestabelecer a comunicação. Por fim, o autor defende que a arquitetura proposta pode ser implementada em FPGA e satisfaz as exigências do ambiente industrial. No mesmo sentido, Giorgetti et al. (2013) estudam detalhadamente o protocolo MRP e identifica fatores que apresentam impacto em seu desempenho. Um método para calcular o tempo de reestabelecimento da comunicação é proposto e realiza vários testes e análise para mensurar os impactos dos fatores no desempenho do protocolo Profinet IRT Esta versão do protocolo despertou interesse da comunidade científica nos últimos anos, cerca de 25,4% dos artigos revisados eram de Profinet IRT. Embora seja um dos principais focos dos estudiosos, esta tecnologia é pouco empregada na indústria, seu principal nicho de mercado é a indústria automobilística. Difere da versão Profinet IO de várias formas, desde os protocolos de sincronização de tempo, velocidade do tempo de ciclo e outros fatores. Como não é o foco deste artigo explicar a tecnologia e sim mostrar o que vem sendo feito com ela, os artigos estudados serão apresentados com sucinta explicação. Quando se trabalha com Profinet IRT, a maioria dos artigos estudados comparam essa versão do protocolo com outros protocolos que possuem alto desempenho, por exemplo: Ethercat, Powerlink e o Ethernet IP. Em Santacaterinaet al. (2007), os aspectos não determinísticos da Ethernet são mostrados analiticamente, soluções são propostas para que a Ethernet possa ser usada em ambientes industriais.essa nova solução proposta pelos autores é comparada com os protocolos Ethercat, Powerlink e Profinet. Prytz (2008) na comparação do Profinet com o EtherCat defende que o último protocolo tem vantagens em seu desempenho sobre o Profinet IRT e discute as razões para suportar essa afirmação. Os dois protocolos também são comparados em Toh e Norum (2012)entre eles e com o protocolo MACRO. Neste artigo os autores analisam o desempenho dos três protocolos quando usados para controle e monitoramento em inversores. Maruyama e Yamada (2012) estudam a arquitetura dos controladores industriais para motioncontrol. Os protocolos: Profinet, Ethercat, Powerlink e Sercos III foram analisados sob controle de um controlador proposto baseado na aquirtetura de controlador EtherCat. O controlador proposto foi implementado em FPGA e os resultados de tempo mostram que o modelo é aceitável. Schumacher, Jasperneite e Weber (2008) compara o protocolo Profinet IRT com o EtherCat em um sentido diferente dos demais. Levanta o questionamento da eficiência no tempo se for quando utilizase um quadro único para todos os dipositivos ou quadros individuais para cada um. Analisando desempenho em relação ao tempo, mas só para o Profinet IRT, Ferrari et al. (2007c) discutem que Profinet IRT pode prover comunicação IRT, alta desempenho e comunicação isócrona mesmo com a presença de tráfego TCP/IP. No trabalho dos autores, testes experimentais foram feitos para avaliar o desempenho dos parâmentros de tempo do ASIC ERTEC 400 relacionados aos kits de desenvolvimento. Os resultados apontam que a comunicação isócrona apresentou jitter de 100ns mesmo com comunicação TCP e presença de nós Profinet IO RT. A sincronização dos clocks dos dispositivos da rede é fundamental para comunicação isócrona. Em Ferrari et al. (2010) e Ferrari et al. (2012), os dispositivos que utilizam o protocolo IEEE 1588 PTP apresentam erros na sincronização quando conectados a rede. Os autores propõem arquiteturas para superar essas limitações. Os resultados apontam erros de menos de 10ns na sincronização.

9 O tempo de ciclo em redes Profinet quando se usa motioncontrol tem que ser muito baixo. Gunzingeret al. (2012) discute a implementação de um dispositivo de baixo custo FPGA que pode ser usado em aplicações com tempo de ciclo de 31,25µs. O artigo ainda inclui uma avaliação crítica dos resultados incluindo comparações com outros protocolos. No contexto de tempo de ciclo, Felser, Felser e Kaghazchi (2012) propõe melhoria no protocolo que o usuário pode definir o tempo de atualização da entrada e da saída dentro do tempo de ciclo dado na comunicação IRT com acurácia de 65ns. Em se tratando de redundância, May, Ganz e Doran (2012) conduz um estudo para aplicar o protocolo HSR no lugar do MRPD utilizado no Profinet IRT. Segundo os autores, HSR é certamente útil para processos que demandam muita precisão na dinâmica de troca de dados. A precisão no escalonamento das mensagens também foi abordada por Hanzalek, Burget e Sucha (2010) em seu estudo. Um algoritmo que permite criar um escalonamento estático para Profinet IRT foi proposto Segurança Apesar da importância do tema, apenas cerca de 4,8% dos artigos tratam sobre este assunto como tópico principal. O tema é apresentado em Akerberg e Bjorkman (2009a) e Akerberg e Bjorkman (2009b) onde afirma-se que em um possível ataque, pode ser controlado dados de processo da rede, ou seja, o estado das máquinas. Também verifica a possibilidade de se fazer modificações nas camadas sobre o protocolo Profinet, que é chamada como módulos de segurança, sem alterações em hardware Baud e Felser (2009) apresenta que em redes Profinet podem ser utilizados dispositivos de rede padrões, como switches por exemplo. Assim, existe a possiblidade de um ataque a uma rede Profinet via estes componentes. A partir deste ponto, ele descreve essas possibilidades e apresenta como construir um emulador de IO-device para testar um sistema 4.4. Wireless Para tornar sistemas industriais mais flexíveis a tecnologia wireless vem sendo utilizada em várias aplicações. Neste contexto, Trsek, Jasperneite e Lessmann (2007) apresentam uma breve introdução nas diferentes tecnologias wireless e em Profinet, propondo uma integração viável nos protocolos já existentes como o Profinet. Em Trikaliotis e Gnad (2009) são apresentadas algumas necessidades de projeto para a integração de Wireless Hart em protocolos como Profibus e Profinet. Discute também as vantagens e desvantagens do processo. A modelagem do Wireless Hart no arquivo GSD (GenericStationDescription) a configuração do Wireless Hart pode ser distribuída das centrais de engenharia. Desta forma, segundo Akerberget al.(2010) a configuração do controlador e a configuração da rede Wireless Hart podem ser mantidas em uma única central de controle. Similarmente, em Kjellssonet al. (2009) é discutido como o conceito WISA (Wireless Interface for Sensors and Actuators) podem ser facilmente integrados nos protocolos Profibus e Profinet Assuntos diversos Foram agrupados neste tópico os artigos que abordam assuntos diversos e que não possuem quantidade significativa para criar grupo independente, mas, que não poderiam deixar de serem citados. Tendo em vista que a aquisição e o tratamento de dados são de extrema importância para a credibilidade dos resultados, Cupek e Huczala (2011) utilizam o software Matlab para trabalhar com os dados de redes Profinet IO RT e concluem que o software é uma ferramenta muito útil para análises como essas. Em Kwiecien, Gaj e Stera (2009) é abordado o desenvolvimento de um analisador de rede Profinet IO integrando o modo analise passiva e ativa em redes industriais. O diagnóstico de redes também é assunto de Keane e Kaghazchi (2007) e Ferrari et al. (2007c).

10 Quase na mesma linha de pesquisa, Schafer e Felser (2008) levantam o questionamento dos limites de ferramentas como o software livre Wireshark em relação aos seus limites. Finaliza o artigo com uma visão geral dos setups possíveis para realizar as medições. Em uma aplicação real, Geng (2007) destaca o uso do Protocolo em minas de carvão. Já Cupek e Huczala (2009) descrevem um servidor OPC Profinet IO passive que foi desenvolvido como projeto entre instituições por um aluno. Os autores descrevem a principal ideia e apresenta os resultados práticos dos experimentos, sendo uma alternativa para a troca de dados horizontal e vertical em sistemas de automação. Em Qian, Zhang e Su (2009) e em Blahoet al. (2011) o protocolo Profinet é utilizado como base para implementação de um sistema de controle para processos industriais complexos. Assim como Zhang, Jiang e Jiang (2013) usa o protocolo como base para um sistema de posicionamento dinâmico. Duerkopet al. (2012)Apresenta uma nova abordagem para a autoconfiguração de sistemas RTE. Em um caso de estudos, baseado em Profinet IO, a abordagem é avaliada e sua viabilidade é avaliada. Ferrari et. al (2007) avalia o uso de equipamentos distribuídos para avaliação do desempenho de redes RTE. Um instrumento novo constituído de várias provas é conectado em vários pontos da rede. Os autores prezaram pela sincronização entre as provas. Por fim, vonrohr, Felser e Rentschler (2011)Propõe desenvolver um gerador de GSD que cria o GSD com a configuração atual dos módulos do IO-Device através do uso do protocolo SNMP. Profinet traz o recurso de detecção automática da topologia através do protocolo LLDP. Iwan e Felser (2007)abordam esse assunto em seu estudo, onde estuda essa tecnologia aplicada ao Profinet e descreve brevemente alguns problemas decorrentes. A integração do protocolo Profinet com outros padrões de comunicação garante que investimentos anteriormente feitos não sejam perdidos. Neste contexto, Jasperneite e Feld (2005a) defende que é possível realizar a integração dos protocolos Profibus e Interbus com o Profinet. Já em Jasperneite e Feld (2005b), somente a integração do protocolo Interbus é estudada. 5. CONCLUSÃO O protocolo Profinet é um protocolo Real-time Ethernet (RTE) desenvolvida pela Profibus International que possui grande importância no mercado industrial, sendo amplamente aceita, utilizada e vem sendo constantemente aprimorada com novas funcionalidades. Trata-se de uma tecnologia bastante flexível que além de possuir relevância na industria, possui diversas áreas de pesquisas no meio científico. O trabalho faz uma pesquisa de caráter exploratório nas mais importantes bases de dados do meio científico, utilizando os critérios descritos na metodologia, concluindo que existe uma similaridade de temas com objetivos e focos comuns entre os artigos pesquisados,. A partir de cada um destes temas, as linhas de pesquisa sobre a tecnologia Profinet foram apresentadas. A utilização de indicadores desempenho foi observado como principal foco em cerca de 23,8% dos artigos, mostrando que existe uma tendência no meio acadêmico de verificar o desempenho da tecnologia Profinet em diferentes condições e aplicações. Os principais indicadores utilizados são relacionados a tempo, como tempo de ciclo, jitter e tempo de resposta. As principais aplicações foram de sincronismo e tempo de reação de evento entre dois ou mais IO-devices. Algumas metodologias de baixo custo são descritas para se mensurar estes indicadores, e modelos matemáticos foram desenvolvidos para apoiar os usuários da tecnologia na fase de projeto de uma rede de comunicação industrial. Nos últimos anos se verifica também uma tendência voltada ao estudo do indicador de tráfego de dados na rede. Em relação aos indicadores de desempenho existe uma lacuna nos artigos em relação a outros indicadores, como utilização de diferentes tipos de topologias, conectores, cabos e switches. Ainda em relação a requisitos de tempo, a versão do protocolo Profinet voltada a comunicação isócrona (Profinet IRT), onde existe a necessidade de tempo de resposta muito restritos, foi abordado em cerca de 25,4% dos artigos científicos das bases de dados estudadas. Concluí-se que existe uma preocupação em relação a comparação entre diversas tecnologias baseadas em Ethernet, como EtherCAT e Powerlink, onde a principal aplicação é o motion control, que necessita por exemplo, de

11 sincronismo de eixos entre diversos motores. Este é um tema que apesar de não possuir muitas aplicações utilizando protocolos RTE, possui grande mercado e deve ter um significativo crescimento. Em se tratando se aplicações práticas, se verifica também que não existem grande número de estudos aplicando a tecnologia em um problema real, como instrumentação de campo, diagnósticos de dispositivos (via WebBrowser por exemplo), controle de processos, monitoramento de sistemas de utilidades, entre outros. Segurança de redes de computadores é um tema muito discutido na área de tecnologia da informação, e sua aplicação em redes de comunicação industrial é necessária devido a possibilidade do Profinet integrar diversos níveis da hierarquia de computadores em um indústria, chegando até o nível de dispositivos de campo. Assim, se abre um plano de pesquisa em relação a criação de módulos de segurança impedindo que em possíveis ataques se tenha acesso a dados do processo. A utilização do protocolo Profinet em tecnologia wireless também apresentou considerável número de trabalhos, indicando que suas aplicações vêm crescendo nos últimos anos e existe um esforço da comunidade acadêmica em torná-la uma tecnologia com confiabilidade e maturidade. Adicionalmente se observou uma grande quantidade de artigos em foco diversos, representando cerca de 23,8% do total, o que leva a concluir que a tecnologia Profinet possui uma gama muita ampla de aplicações e estudos, devido a sua flexibilidade de utilização (comunicação TCP/IP, RT e IRT) e expressivo sucesso no mercado o que resultou grande interesse no meio acadêmico e industrial. Finalizando, este trabalho contribui para a comunidade científica que estuda ou pretende iniciar trabalhos utilizando esta tecnologia, concentrando informações sobre principais temas estudados, metodologias de análises já utilizadas, desafios futuros da tecnologia e possíveis lacunas existentes na literatura. Adicionalmente auxilia os usuários desta tecnologia sobre funcionalidades que podem ser implementadas em suas aplicações. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA ÅKERBERG, J.a, BJÖRKMAN, M.b. Introducing security modules in PROFINET IO. In: EMERGING TECHNOLOGIES & FACTORY AUTOMATION, 2009, Mallorca. Proceeding New York: IEEE, 2009a, p.1-8. ÅKERBERG, J.a, BJÖRKMAN, M.b. Exploring security in PROFINET IO. In: COMPUTER SOFTWARE AND APPLICATIONS CONFERENCE, 2009b, Seattle. Proceeding New York: IEEE, 2009.p ÅKERBERG,J.a ; GIDLUND, M.a ; LENNVALL, T.a ; NEANDER, J.a ; BJÖRKMAN, M.b Integration of WirelessHART networks in distributed control systems using PROFINET IO In: INDUSTRIAL INFORMATICS, 8,2010. Osaka. Proceeding New York: IEEE, p ANTOLOVIC, M; ACTON, K.; KALAPPA, N.; et al. PLC communication using PROFINET: Experimental results and analysis. In: EMERGING TECHNOLOGIES AND FACTORY AUTOMATION, 6,2006, Prague. Proceeding New York: IEEE, 2007, p.1 4. BAUD, M.; FELSER, M. Profinet IO-device emulator based on the man-in-the-middle attack, In: EMERGING TECHNOLOGIES AND FACTORY AUTOMATION, 6, 2006, Prague. Proceeding New York: IEEE, 2009.p BLAHO, M. ; MRAFKO, L., URBAN, M., MURGAŠ, J. Networked control systems with Profinet and IWLAN. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING, QUALITY AND PRODUCTION SYSTEMS, 4, Barcelona. Proceeding Hong Kong: MEQAPS, 2011; CUPEK, R. ; HUCZALA, L. Passive Profinet I/O OPC DA Server In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON EMERGING TECHNOLOGIES & FACTORY AUTOMATION,14,2009.Mallorca. CUPEK, R.; HUCZAŁA, Ł. Field Level Industrial Ethernet Network Data Analysis.In:Communications in Computer and Information Science, v.160, p , 2011.

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