IIoT ile PROFINET için eksiksiz kılavuz

4–20 mA ve HART yaygın olarak kullanılmasına rağmen, dijital ağlar dijitalleşme girişimleriyle daha uyumlu bir yapı sundukları için endüstriyel ortamda giderek daha fazla ilgi görüyor. Analog sistemlerin sağlam ve basit olmaları ve saha operasyonlarını kolaylaştırmaları nedeniyle, bu sistemlerin geçerliliğinin devam ettiği konusundaki tartışmalar da yaygındır. Ancak şu soru hala geçerliliğini koruyor: Saha ve kontrol sistemleri arasında şeffaf bağlantıyı nasıl sağlayabiliriz?

Modern kontrol cihazları ve ekipmanlar önemli miktarda veri üretir ve bu da Modbus RS485, OPC ve PROFIBUS DP gibi gelişmiş iletişim protokollerinin kullanımını gerektirir. Ek olarak, FOUNDATION Fieldbus H1, PROFIBUS PA ve PROFINET gibi teknolojiler daha da fazla entegrasyon yetenekleri sunar. Bu endüstriyel ağlar, saha cihazlarını kontrol cihazlarına bağlayarak, saf analog sistemlerin sunabileceğinin çok ötesinde hata teşhisi, konfigürasyon ve gelişmiş fonksiyonlar sağlar.

Bu gelişmelere rağmen, 4–20 mA analog sinyalleri hâlâ sahada baskın durumdadır; bu büyük ölçüde tedarikçi kavramları ile kullanıcı gerçekleri arasındaki uçurumdan ve analog sistemlerin kullanımdan kaldırılmasını geciktiren dijital ağların karmaşıklığından kaynaklanıyor. Bununla birlikte, IIoT ve yapay zekanın yükselişi dijitalleşmeyi hızlandırarak Ethernet tabanlı protokollerin ve kablosuz iletişimin yeni projelerde giderek daha yaygın hale gelmesini sağlıyor. Trend açıktır: daha fazla dijital çözüm geliyor ve bizler bunları benimsemeye hazır olmalıyız.

Bir yönlendiricinin veya internete bağlı herhangi bir cihazın kurulumu sırasında, büyük olasılıkla bir Ethernet kablosuyla karşılaşmışsınızdır. Birçok kişi “Ethernet”in sadece kabloyu ifade ettiğini düşünür; ancak gerçekte kablo, Ethernet ağının sadece fiziksel katmanını temsil eder.

Ethernet, bu kablolar üzerinden birden fazla iletişim protokolünü destekler. Yaygın örnekler arasında günlük uygulamalarda sık kullanılan İnternet Protokolü (IP) ve İletim Kontrol Protokolü (TCP) yer alır. Bununla birlikte, endüstriyel ortamlar daha karmaşık talepleri karşılamak için ek protokollere ihtiyaç duyar.

Tesis katında, kontrol cihazlarının sürücülerden, giriş/çıkışlardan ve iş istasyonlarından gelen verilere hızlı yanıt süreleriyle erişmesi gerekir ve ağın da aşınma, nem ve sıcaklık dalgalanmaları gibi zorlu koşullara dayanması şarttır. Bu talepleri karşılamak için otomasyon uzmanları Endüstriyel Ethernet'i geliştirdi ve bu temelden yola çıkarak, endüstriyel uygulamalar için sağlam bir Ethernet tabanlı protokol olan PROFINET ortaya çıktı.

PROFINET, sensörler ve aktüatörler gibi proses cihazlarını kontrol sistemlerine bağlayan Ethernet tabanlı bir endüstriyel iletişim protokolüdür. PROFIBUS ve PROFINET International (PI) organizasyonu tarafından birçok endüstri ortağıyla işbirliği içinde geliştirilmiştir.

Protokol, IEEE 802 Ethernet standardına uygundur ve kapsamı IEC 61158 ile IEC 61784'te tanımlanmıştır, aynı ağ üzerinde çeşitli cihazların kesintisiz entegrasyonunu sağlar. Örneğin, bir yazıcı ve bir akış ölçer tek bir altyapı içinde birlikte çalışabilir. Tipik ev ağlarından farklı olarak, PROFINET genellikle milisaniye altındaki aralıkta son derece hızlı döngü süreleri sunar, bu da onu endüstriyel otomasyon için uygun hale getirir.

Yapısını anlamak açısından, ağ üzerinden iletişim kurmak için kullanılan yedi katmanı tanımlayan ISO/OSI modelini referans alın. Ethernet genellikle dört katman kullanır:

• Ethernet, fiziksel ve veri bağlantısı için
• IP, ağ için
• TCP veya UDP, iletim için
• Diğerprotokoller, özel fonksiyonlar için

PROFINET genellikle bu modeli uygular, ancak bazı uygulamalarda belirli katmanları atlayabilir. Örneğin, Gerçek Zamanlı (RT) PROFINET, iletişimi hızlandırmak için ağ ve aktarım katmanlarını atlar.

• TCP/IP, konfigürasyon, ayarlar ve döngüsel okuma/yazma işlemleri için
• Gerçek Zamanlı (RT), 1 ile 10 milisaniye arasında döngü sürelerine sahip otomasyon görevleri için
• Isochronous Real-Time (IRT), planlanmış anahtarlama kullanarak son derece hassas, senkronize iletişim için

Bu katmanlı yöntem esneklik, hız ve güvenilirlik sağlayarak PROFINET'i modern endüstriyel otomasyon ve IIoT entegrasyonunun temel taşı haline getirir.

PROFINET, veri alışverişi için PROFIBUS'ın kullandığı geleneksel master-slave yöntemini temel almaz, bunun yerine tedarikçi-tüketici yöntemini kullanılır. PROFINET sistemi içinde yer alan cihazlar genellikle üç kategoriye ayrılır:

• Kontrol cihazı: Genellikle otomasyon programını yürüten programlanabilir mantıksal kontrol cihazı (PLC) veya dağıtık kontrol sistemi (DCS). Kontrol cihazı, PROFIBUS'taki Sınıf 1 master'a benzer şekilde çalışır, I/O cihazlarına çıkış gönderir ve bu cihazlardan giriş alır.
• Cihazlar: Ethernet bağlantıları aracılığıyla kontrol cihazıyla iletişim kuran, PROFIBUS'taki slave'lere benzer şekilde çalışan sensörler ve aktüatörler gibi saha bileşenleri.
• Denetleyici: PROFIBUS Sınıf 2 master cihazlara benzer şekilde çalışan, izleme, devreye alma ve arıza giderme için kullanılan PC'ler, HMI'lar veya hata teşhisi araçları gibi sistemler.

PROFINET I/O sistemi için en az bir kontrol cihazı ve bir cihaz gerekir, ancak konfigürasyonlar büyük ölçüde değişebilir: tek bir cihaz için birden fazla kontrol cihazı, birden fazla cihaz için tek bir kontrol cihazı veya birden fazla cihazı yöneten birden fazla kontrol cihazı. Denetleyiciler genellikle devreye alma veya hata teşhisi sırasında geçici olarak kullanılır.

Bu temel elemanlara ek olarak, PROFINET ağında siviçler ve kablosuz erişim noktaları gibi bileşenler de yer alır. Bu bileşenlerin bazıları, gelişmiş hata teşhisi yetenekleri sağlayan I/O cihazları olarak da kullanılabilir.

PROFINET I/O cihazını yapılandırmak için iki eleman gereklidir: bir denetleyici ve bir Genel İstasyon Tanımı (GSD) dosyası. Cihaz üreticisi tarafından sağlanan GSD dosyası, PROFIBUS'ta kullanılanlara benzer ancak GSDML olarak bilinen XML tabanlı bir formatı kullanır.

Konfigürasyon tamamlandıktan sonra, GSDML dosyası kontrol cihazına indirilir ve bağlı cihazlarla iletişim kurulur. Bu noktadan itibaren, kontrol cihazı ve cihazlar arasında sürekli olarak giriş ve çıkışlar gibi döngüsel veri akışı elde edilirken, gerektiğinde hata teşhis bilgileri de dahil döngüsel olmayan veri alışverişi sağlanır.

Uygulamanıza özel gereksinimlere bağlı olarak PROFIBUS ve PROFINET arasında seçim yapabilirsiniz. PROFIBUS, seri iletişime dayalı, yerleşik bir dijital protokoldür. PROFINET ise Endüstriyel Ethernet üzerine kurulu modern bir protokoldür. PROFINET, önemli ölçüde yüksek bant genişliği ve daha hızlı iletişim döngüleri sunarak daha büyük veri paketlerinin aktarılmasını sağlar.

PROFIBUS ve PROFINET arasındaki farkların genel bir özetini burada bulabilirsiniz:

PROFINET'in bir diğer avantajı da kablosuz teknolojilerle uyumlu olmasıdır. Ethernet tabanlı bir standart olarak, gerektiğinde Wi-Fi veya Bluetooth ile entegre edilebilir, böylece mobil ve uzaktan bağlantı için esneklik sağlar.

Açık kaynaklı olma ve bağlanabilirlik özelliği, verimli IIoT sistemleri oluşturmanın temelidir. Eyleme geçirilebilir analizler üretmek için doğru saha verilerinin toplanması esastır ve PROFINET, saha cihazları ile Endress+Hauser'ın Netilion'u gibi IIoT ekosistemleri arasında güvenilir ve şeffaf bir bağlantıya olanak sağlar.

PROFINET'in güçlü yönlerinden biri, diğer protokollerle birlikte çalışabilme özelliğidir. Bu sayede operatörler, alışkın oldukları altyapıyı bırakmadan dijital çağa geçiş yapabilirler. Ayrıca, OPC UA gibi açık standartlar kullanılarak veriler sahadan yüksek seviye sistemlere aktarılabilir ve PROFINET ile birlikte çalışarak bulut veri tabanlarıyla sorunsuz entegrasyon sağlanabilir.

PROFINET, halihazırda IIoT'nin temel bir bileşenidir ve rolü giderek artmaya devam edecektir.