PROFIBUS vs PROFINET

05.02.2018

PROFIBUS и PROFINET - два протокола, широко распространенные в сфере автоматизации. PROFIBUS – протокол с классической шинной топологией, PROFINET – стандарт промышленной сети Ethernet с дополнительными возможностями, которые позволяют сделать обмен данными более быстрым и гибким. Далее будут подробно рассмотрены их сходства и различия и изложена стратегия бесшовного перехода от PROFIBUS к PROFINET

Основные характеристики протоколов PROFIBUS / PROFINET:

	PROFIBUS	PROFINET
организация	PROFIBUS & PROFINET International
конфигурационный файл	GSD (General Station Description)
профили	PROFIsafe, PROFIenergy, PROFIdrive
физический уровень	RS-485	Ethernet
скорость	12Mбит/с	1Гбит/с или 100Mбит/с
max размер блока данных	244 байт	1440 байт
Количество устройств	126	неограниченно
Сеть	master/slave	provider/consumer
беспроводная среда	возможна	Wi-Fi, Bluetooth
Детерминированный режим	есть	есть
M2M-взаимодействие	нет	есть
Топология	шина	любая

Оба протокола были созданы при участии компании Siemens AG и поддерживаются консорциумом PROFIBUS & PROFINET International (PI). Конфигурация устройств описывается GSD-файлом (General Station Description) в виде ASCII-файла для PROFIBUS и XML-файла для PROFINET соответственно. У PROFIBUS и PROFINET также есть общие профили для определенных устройств или приложений, например:

PROFIsafe: профиль функциональной безопасности
PROFIenergy: профиль организации электроснабжения
PROFIdrive: профиль управления приводами

Протокол PROFIBUS был разработан в 1989 году компанией Siemens для собственных промышленных контроллеров Simatic. В глобальном смысле это был качественный переход от аналоговых сигналов 4-20 мА к цифровым промышленным сетям (RS-485), на базе которых были разработаны несколько совместимых друг с другом спецификаций Profibus PA, Profibus DP и Profibus FMS. В настоящее время наблюдается качественный переход от RS-485 к быстро распространяющимся промышленным стандартам Ethernet. PROFINET, используя коммерческий успех Ethernet, в какой-то степени «предвидел будущее» оценив скоростные характеристики Ethernet (100 Мбит/с, сегодня может работать на скоростях Gigabit Ethernet и выше). Протокол Ethernet характеризуется высокой пропускной способностью, большим размером передаваемого пакета данных и неограниченным адресным пространством (ограничение только пределами производительности контроллера).

Скорость PROFINET увеличилась благодаря модели provider/consumer (поставщик / потребитель) и дуплексному характеру Ethernet. В модели поставщик/потребитель любой узел сети взаимодействует, когда ему это необходимо, и, поскольку сеть Ethernet - это сеть с коммутацией, в ней нет конфликтов. Полный дуплекс означает, что ведомые устройства могут отправлять и получать данные от Master независимо от других ведомых устройств. В сети PROFIBUS нет коллизий благодаря использованию модели master/slave (ведущий/ведомый): эта связь эффективна, но с низким быстродействием. Ведущее устройство руководит сетью, ведомые устройства отвечают только тогда, когда их опрашивает Master в порядке общей очереди.

PROFIBUS может передавать сообщения по беспроводной сети, что часто требует специализированных средств от того же производителя. PROFINET, будучи стандартом, основанным на Ethernet, использует беспроводные спецификации IEEE 802.11, 15.1.

На многих предприятиях используются шлюзы для перехода из локальных сетей Ethernet в сеть PROFIBUS, либо из PROFINET в PROFIBUS. Пример подобного шлюза изображен на рис. 1

Рис 1. Шлюз Hilscher NT 100-RE-DP для связи PROFINET IO и PROFIBUS DP
Но так как использование PROFINET является качественно новым подходом, позволяющим связать в единую сеть реального времени практически все устройства предприятия, возникает проблема организации данной связи. Для комплексного решения этой задачи рекомендуется использовать мощный прокси-сервер. Прокси-сервер используется как шлюз для перевода данных одного протокола в другой, при этом поддержка протоколов может быть очень обширной. Например возможность работы сразу с PROFIBUS DP, PROFIBUS РА, AS-интерфейса, IO-Link, сетей DeviceNet, Foundation Fieldbus, CANopen, Modbus, HART и т. д. Например, IO-Link и AS-интерфейс позволяют контактировать с интеллектуальными устройствами минуя Ethernet- порт.

Во многих случаях, когда требуется установить связь между сетями fieldbus и Ethernet, прокси-сервер позволяет сделать эту связь бесшовной. Ниже представлена графическая схема магистральной шины PROFINET, прокси-сервера и PROFIBUS-устройств.

Рис 2. Прокси-сервер между PROFINET и PROFIBUS

В сети PROFIBUS данные от ведомого устройства проходят в сеть PROFINET через прокси-сервер (Master в модели ведущий/ведомый по отношению к PROFIBUS-устройствам). Прокси-сервер может быть выполнен, в том числе, для взрывоопасных сред.

Современные стандарты

PI (PROFIBUS & PROFINET International) ежегодно проводит аудит новых узлов. По итогам 2016 года, к устройствам с PROFIBUS и PROFINET добавилось 2,4 м и 3,6 млн. устройств соответственно. 2016 год стал первым годом, в котором PROFINET-устройств было продано больше, чем устройств стандарта PROFIBUS, общее количество которых в мире составляет более 56,1 млн.

Рис 3. Количество устройств, присоединенных к PROFINET

Рис 4. Процентное соотношение PROFINET и PROFIBUS

Резюме

Существует достаточно различий между PROFIBUS и PROFINET, например, в пропускной способности, возможности использования протокола TCP/IP. Но, несмотря на то, что распространение PROFINET в настоящий момент опережает PROFIBUS, этот стандарт еще долго будет использоваться во многих областях промышленности, транспорте, энергетике, где задачи управления обладают приоритетом над скоростью и гибкостью. В конце концов, переход промышленных систем от сетей PROFIBUS на новые технологии, такие как PROFINET, должен проводиться поэтапно, согласованно с задачами непрерывного управления производством. Существуют разные стратегии перехода, но в целом с помощью технологий консорциума PI обеспечена плавная и экономичная миграция в современный и гибкий стандарт путем интеграции последовательной шины fieldbus через прокси-сервер в PROFINET.