PROFINET. Guilherme Magalhães de Bastos e Lucas Fernandes Sousa

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1 1 de 5 PROFINET Guilherme Magalhães de Bastos e Lucas Fernandes Sousa Pontifícia Universidade Católica de Goiás s: guilherme_12_94@hotmail.com, lucas_f.s@hotmail.com Avenida Primeira Avenida, Setor Universitário, Área 3 Goiânia/GO, Brasil, Resumo A finalidade deste artigo é uma introdução ao sistema PROFINET, e suas aplicações em redes industriais e na automação. As topologias também serão contempladas assim como o meio físico. Palavras-chave Profinet; Redes; Protocolo; Automação. I. INTRODUÇÃO A área de automação possui um padrão de comunicação denominado PROFINET. É uma rede padronizada pela Associação Profibus Internacional como uma das 14 redes de Ethernet Industrial. É regulamentada pela norma IEC e IEC , sendo o décimo protocolo que foi incluído nessa norma (LUGLI, 2008). O PROFINET possui uma alta gama modular de funções, o que o torna uma escolha flexível para todos os tipos de mercados e aplicações, como, por exemplo, de automação de manufatura e processo, com segurança funcional, entre outras. II. DESENVOLVIMENTO O PROFINET é um programa que pode ser utilizado em todas as áreas de engenharia de automação. No caso de fabricantes de máquinas e plantas industriais, seu uso reduz custos de instalação, engenharia e startup. Assim, o usuário que o utiliza beneficia com a alta facilidade de expansão, as disponibilidades das instalações e com uma automação rápida e bastante eficiente. Assim, "o PROFINET usa UDP/IP como protocolo de nível superior para troca de dados orientados por demanda. Em paralelo com a comunicação UDP/IP, a troca cíclica de dados no PROFINET é baseada em um conceito de tempo real" (PROFIBUS). Além disso, este programa permite uma integração com outras redes de campo existentes, como o PROFIBUS, INTERBUS, entre outras, sem alterações nestes dispositivos. Com isso, os investimentos feitos pelos usuários são protegidos. De acordo com a Siemens, o PROFIBUS há anos foi colocado como o programa de escolha para máquinas e instalações e este revolucionou a automação na década de 80. Já na década de 90, houve a propagação do Ethernet. Atualmente, a fabricação não pode ser realizada sem os dois sistemas. Assim, é mas eficiente o uso do PROFINET, o qual mescla a experiência industrial do PROFIBUS com as opções flexíveis do Ethernet. Existem duas classificações de redes PROFINET: o CBA e I/O. O PROFINET CBA é a forma mais adequada para comunicação entre máquinas, o qual baseia-se em componentes, trabalha via TCP/IP e é destinado para comunicação em tempo real. Assim, ele possibilita um projeto utilizando configurações gráficas entre os módulos inteligentes. Já o PROFINET I/O trabalha diretamente com os elementos de campo, realizando leituras de sensores, atualizações dos sinais de saída e controle

2 2 de 5 de diagnósticos da rede. Ambos podem ser operados separadamente ou combinados. As principais vantagens do PROFINET são, de acordo com a Descrição de seu Sistema: permite automação em tempo real ao mesmo momento em que proporciona uma interface direta ao nível de TI; é um programa 100% compatível com Ethernet de acordo com as normas IEEE e este se adapta facilmente às aplicações na indústria devido suas topologias flexíveis em linha, anel, estrela e árvore, além das soluções por cabo ou fibra óptica; não necessita de soluções personalizadas de alto custo; permite comunicação sem fio com WLAN E Bluetooth; vários tipos de comunicações podem compartilhar o mesmo cabo, as quais provêm de todos os tipos de aplicações, o que varia desde tarefas simples de controle até aplicações de controle de movimentos de alto desempenho; Dados os benefícios do Profinet, vemos seu constante crescimento e popularização nos últimos anos, despontando na liderança do seguimento Ethernet. Figura 2 - Barramento Único (Site: PROFIBUS) Uma das características marcantes do PROFINET é o barramento único, como mostrado na figura acima, de forma que pode-se conseguir uma redução significativa na quantidade de cabos, diminuindo o custo e erros de comunicação. Esta forma simplificada é bem visada pelas indústrias, colocando o PROFINET com uma vantagem a mais no mercado. Outras vantagens que se podem colocar em evidência são: facilidade de instalação, protocolo aberto, menor custo de propriedade, manutenção inteligente, economia de energia, alta disponibilidade e segurança e as vantagens associadas a TI. A redução de energia se deve ao fato do PROFINET acionar as maquinas elétricas apenas nos momentos necessários. Ao perceber que determinado equipamento não necessita estar em atividade, o PROFINET o desliga, de forma a reduzir bastante o consumo em uma indústria. Figura 1 - Market Share das soluções de Ethernet industrial (MARCOS, 2013). Figura 3 -Avanço pelo PROFINET (Site: PROFIBUS)

3 3 de 5 Na figura acima podemos ver claramente o avanço dos protocolos com o passar das décadas, e é possível ver como o PROFINET conseguiu diminuir a falta de comunicação entre o chão de fabrica com o corporativo. Com essa melhora de informação, o corporativo consegue ver claramente o que vem acontecendo e realizar as mudanças necessárias para minimizar os impactos a corporação. A tecnologia comprovada de segurança PROFIsafe do PROFIBUS também está disponível para o PROFINET. Assim, o mesmo cabo pode ser utilizado para comunicação comum, o que leva a economia em dispositivos, engenharia e configuração. O tempo de transmissão de mensagens é divido em divisões de tempo de processamento para a transmissão de dados. A divisão é feita em 5 partes: Tempo 1: Tempo gasto para o provedor disponibilizar o dado; Tempo 2: É o tempo que a pilha de comunicação leva para processar o dado e torná-lo adequado para transmissão no meio físico; Tempo 3: É o tempo gasto no espaço temporal decorrido até que o dado percorra o meio físico até o consumidor; Tempo 4: Tempo em que a pulha de comunicação do consumidor gasta para conduzi-lo de forma adequada até a aplicação do consumidor; Tempo 5: É o tempo que o consumidor leva para processar o dado na sua camada de aplicação. Na figura 4, podemos ver as etapas temporais de transmissão de dados: Figura 4 - Tempo de Transmissão em PROFINET (MARCOS, 2013) Referente ao meio físico, pode-se utilizar a seguinte configuração para qualquer uma das redes Ethernet industriais, explicitada na Tabela: Tabela 1 - Características físicas das redes Ethernet industriais (LUGLI, 2008) Tipo de Velocidade Distância Número Cabo da Rede máxima sem repetidor máximo de elementos Par 10 Mbps Trançado 10BASE-T Par 100 Mbps trançado T Par 1000 Mbps trançado 1000BASE- T Fibra óptica 10 Mbps FL Fibra óptica FL 100 Mbps

4 4 de 5 Para trançado, o cabo possui dois pares (quatro vias), categoria 5 (com Shield). Já na configuração de fibra óptica é possível utilizar repetidores ópticos, e dependendo do material, pode-se chegar a dezenas de quilô, colocando vários repetidores em cascata. Tratando-se de segurança nas plantas com redes mais sofisticadas ou que são interligadas via Internet, o PROFINET recomenda um conceito de segurança baseado em zonas de proteção. Recomenda-se um conceito de segurança adequado para a aplicação em si, com uma ou mais zonas de seguranças adjacentes. Por um lado, esse conceito não sobrecarrega os dispositivos PROFINET e por outro lado permite que os conceitos de segurança sejam aprimorados conforme os requisitos de engenharia de uma automação integrada. (DIAS, et.al, 2014). O PROFINET em comparação com o PROFIBUS possui um bom ganho em desempenho. Com um tempo de ciclo mais rápido pode-se otimizar as redes industriais e desta forma obter um aumento da produção e nos numeros de nós do sistema. Podemos representar na figura 5 a diferença no tempo de ciclo de cada protocolo. Figura 6 - Conectores industriais (DIAS, et.al. 2014). Geralmente se projeta topologias de rede tipo estrela, utilizando o mestre (controller) como o elemento central de rede, os swithches industriais especiais para derivar e interligar os elementos da rede e os módulos de campo (nodes) onde são conectados os sensores e atuadores. Todavia também é comum encontrar topologias do tipo linha, arvore e em anel, onde pode-se ter uma configuração em tempo real, o que é bastante visado pelas industrias e profissionai. Figura 5 - Tempo de ciclo (Site: PROFIBUS) Figura 7 - Topologia para uma rede Ethernet industrial qualquer. (LUGLI, 2008).

5 5 de 5 III. CONCLUSÃO Figura 8 - Custo de Investimentos (Site: PROFIBUS) O custo de investimento inicial referente ao PROFIBUS se torna superior. Contudo, na economia com os gastos com cabos, e com manutenção, pode-se ter uma economia de 40% em relação ao PROFIBUS. A evidência financeira pode ser bem visualizada a partir do terceiro ano de operação do protocolo, onde o custo com mão de obra e manutenção do mesmo sistema utilizando PROFIBUS é bem superior ao custo geral utilizando o protocolo PROFINET. Em relação a segurança, o PROFINET é totalmente compatível com o PROSISAFE, que é um barramento a prova de falhas. Assim, o protocolo pode atender as mais altas categorias de segurança, atingindo nível de integridade de segurança SIL 3, no qual também se reduz bastante o numero de peças e interfaces. Primeiramente, sabe-se que o PROFINET é derivado de um conjunto entre as décadas de experiência com o PROFIBUS, aliado ao uso difundido mundialmente da Ethernet Industrial. Vendo as características da rede Ethernet industrial e seu funcionamento podemos enxergar a necessidade de materiais específicos para seu uso, mas não deixando de perceber a importância dessa tecnologia no mercado mundial. REFERÊNCIAS [1] l- communications/profinet/profibus/pages/profibus.asp x. Em 11/11/2015, 20h [2] A.B. Lugli. "Uma visão do protocolo industrial PROFINET e suas aplicações" Inatel, [3] A.L. Dias et.al. " Um estudo sobre a tecnologia PROFINET" [4] L.B. Marcos, "Metodologia para análise de desempenho do protocolo PROFINET aplicado a redes de comunicação industrial" TCC, [5] Em 11/11/2015, 19h Figura 9 - Segurança (Site: PROFIBUS)