101087720 Profinet

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS 
Faculdade de Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
IM433Z – Acionamento de Máquinas Elétricas para 
Automação Industrial 
Prof. Dr. Niederauer Mastelari 
 
 
PROFINET 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Matheus Puttinati Casari RA:133688 
Abril 2012 
1 
 
Índice 
1. Profinet.............................................................................................. 2 
1.1 Profinet CBA.............................................. 3 
1.2 Profinet IO................................................. 4 
1.3 Profinet RT................................................ 7 
1.4 Profinet IRT............................................... 8 
1.5 Aplicação................................................... 12 
Anexo 1................................................................................................. 13 
Bibliografia............................................................................................. 14 
 
 
2 
 
1. Profinet 
 
A Profinet é um padrão de comunicação aberto que permite a integração 
simples em sistemas e redes já existentes. Isso significa que existe segurança 
tanto para os investimentos existentes e futuros quanto para uma transição 
gradual para a nova tecnologia. (Ferrari, Flammini, Marioli, & Taroni, 2004) 
 
Foi padronizada pela (PI) PROFIBUS and PROFINET Internatinal, como 
uma das quatorze redes de Ethernet Industrial. As normas que regulamentam a 
Profinet são: IEC61158-5 e IEC61158-6. (Lugli, 2008) 
 
 Profinet é um protocolo de comunicação cujo padrão consegue 
satisfazer todas as necessidades de uso da Ethernet na automação industrial. 
Ele consegue abranger comunicação em nível de corporativo, padrões de 
automação com sistemas IO e trocas de dados precisas para controle de 
movimento. (Pegaia, 2010) 
 
 É um protocolo que compreende todos os requisitos da planta 
automatizada e se divide em dois grupos para uma melhor otimização dos 
recursos: A profinet IO, responsável pela comunicação dos dispositivos de 
campo com tempo real e tempo real síncrono.; E a Profinet CBA, responsável 
pela comunicação em tempo real e não critica dos dados, principalmente em 
nível corporativo e supervisão. (Pigan, 2008) 
 
 
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1.1. Profinet CBA 
 
 
A Profinet CBA, automação baseada em componente, divide a planta 
automatizada em várias unidades autônomas, também chamadas módulos. Os 
módulos possuem controladores pré-programados que recebem os sinais de 
entrada e os enviam de acordo com essa programação. (Pigan, 2008) 
 
Componentes são, na verdade, módulos de entrada e saída com 
comunicação programada. A mesma acontece em ciclos acima de 100ms, 
ideais para troca de informações entre controladores e interfaces inteligentes. 
Os módulos são dispositivos tecnológicos que são receptores de sinais, onde 
tais são gerenciados segundo um programa controlador escrito pelo próprio 
usuário, gerando os sinais de saída para outros dispositivos controladores. 
(Pegaia, 2010) 
 
Atua na comunicação entre equipamentos inteligentes como CLP, IHM e 
PC. A Profinet CBA promove a modularização das fábricas e de suas linhas 
utilizando inteligência distribuída, possibilitando a comunicação dos dispositivos 
através da linha de produção e a configuração gráfica da comunicação entre os 
módulos. (Kleines, Detert, Drochner, & Suxdorf, 2008) 
4 
 
 
Figura 1 Profinet CBA 
 
 
1.2. Profinet IO 
 
 
Profinet IO é o protocolo que permite a interface de comunicação entre 
todos os dispositivos de campo, como sensores e atuadores, e os módulos 
controladores. O mesmo especifica a total troca de dados entre os dispositivos 
de campo, desde a sua parametrização até os diagnósticos da comunicação. 
(Pigan, 2008) 
 
Uma planta possui pelo menos um controlador e alguns sensores e 
atuadores, a interface supervisória é integrada somente em alguns instantes 
para funções de autorização ou resolução de problemas. Ela foi projetada para 
uma rápida comunicação de dados, utilizando barramento de poucos 
milissegundos. (Lugli, 2008) 
 
 
 
5 
 
Como consequência, cada dispositivo Profinet IO tem as seguintes 
atribuições: 
 
• Controlador IO: Representa a estação central de comando e é 
responsável pela gerência de todos os dispositivos a ele conectados, 
tanto em sua configuração como também nas transferências de dados. 
 
• Dispositivo IO: Representa um dispositivo análogo de campo que coleta 
as informações do processo e transmite ao controlador e vice-versa. Ele 
também pode gerar informações de diagnósticos e alarmes ao 
controlador. 
 
• Supervisor IO: Representa uma estação para supervisão programação e 
diagnósticos. (von Rohr, Felser, & Rentschler, 2011) 
 
Profinet IO é um modelo consistente de estrutura e possibilidades 
dos dispositivos IO. Um dispositivo IO pode ser modular e composto de 
um ou mais espaços, cada espaço pode ser composto de subespaços. 
Cada espaço ou subespaço representa um módulo IO e tem um número 
fixo de bits entradas e saídas. Os dados de entrado de um dispositivo IO 
é a sequência das entradas de todos os espaços e subespaços, 
respeitando a ordem em que eles estão posicionados. (Kleines, Detert, 
Drochner, & Suxdorf, 2008) 
 
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Para o controlador começar o sistema, uma série de operações é 
iniciada conforme as pré-configurações do sistema: 
 
• Cada dispositivo IO é checado e a ele é atribuído um endereço IP pelo 
Discovery and Configuration Protocol-DCP; 
 
• A conexão de comunicação entre todos os dispositivos IO é então 
formada com os serviços de gerenciamento de contexto; 
 
 
• Através da gravação acíclica de dados todos os dispositivos IO e seus 
sub-módulos são configurados e parametrizados; 
• Depois de finalizadas a configuração e parametrização, um dispositivo 
IO inicia o modo cíclico de transferência de dados, onde os dados do 
processo são trocados ciclicamente entre os dispositivos. 
 
 
Figura 2 Profinet IO 
 
 
 
7 
 
1.3. Profinet RT 
 
 
Profinet RT é o protocolo usado para o processamento e transmissões 
de dados do processo em tempo real, ou seja, tempo definido. Os 
requerimentos gerais para essa comunicação são resposta determinística e em 
tempo definido. (Pigan, 2008) 
 
Um tempo real de transferência de dados é preestabelecido entre o 
controlador e os dispositivos através de um canal de tempo real. Outros dados 
como estatística e relatórios são transmitidos por um canal de transmissão não 
critico. (Ferrari, Flammini, Venturini, & Augelli, 2011) 
 
Os dispositivos que utilizam este protocolo transferem ciclicamente os 
dados do processo no barramento. O tempo do ciclo para transferência em 
tempo real pode ser diferente para cada dispositivo. Contudo, um dispositivo só 
pode ocupar a banda pelo tempo necessário para a transmissão dos dados 
requeridos. (Kleines, Detert, Drochner, & Suxdorf, 2008) 
 
O receptor controla o tempo máximo para a chegada dos dados e a 
conexão é supervisionada pelo envio bidirecional de pacotes de status. O 
tempo predefinido de envio e recebimento é chamado de clock time que é 
múltiplo de uma unidade de tempo de 31,25ms (1/32). A figura 3 exemplifica tal 
operação. (Pegaia, 2010) 
 
8 
 
 
Figura 3 Profinet RT 
 
 As especificações do protocolo Profinet RT exigem que pelo menos 40% 
da banda deve ser mantido livre de qualquer trafego de dados Profinet. O 
restante da banda pode ser ocupado para transferências de dados de 
processos em tempo não critico, permitindo tanto protocolos como UDP e TCP 
como também tráfego em tempo real.(Ferrari, Flammini, Venturini, & Augelli, 
2011) 
 
1.4. Profinet IRT 
 
 
 Profinet IRT nada mais é do que o protocolo de transmissão de dados 
em tempo real precisamente sincronizado. Utilizado principalmente pra 
sincronismo entre atuadores, controle de movimento, grande velocidade e 
sincronismo na troca de dados. (Pegaia, 2010) 
 
 
 
9 
 
 Segundo especificações deste protocolo todos os dispositivos IO leem e 
escrevem dados ao mesmo tempo e, o principio inicial e básico para que isso 
ocorra é que todos eles estejam referenciados por um sistema único de relógio. 
(Pigan, 2008) 
 
 Com o objetivo de controlar minunciosamente a sincronização dos 
dados, o emissor envia o pacote de dados juntamente com o respectivo horário 
de envio. O receptor então, ao receber o pacote, envia uma resposta com o 
respectivo horário de chegada e também acrescenta o tempo de 
processamento interno e de reenvio da mensagem. Figura 4. (Pegaia, 2010) 
 
 
Figura 4 Projeção do tempo da transmissão 
 
O emissor, a partir destes dados, consegue projetar o tempo de 
transmissão da linha. A diferença entre o tempo projetado de transmissão e o 
tempo real que o pacote é recebido é chamado de Jitter, que nada mais é do 
que o atraso ou antecipação do tempo de recebimento, e deve ser de no 
máximo de 1µs para Profinet IRT. Figura 5. (Prytz, 2008) 
 
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Figura 5 Jitter 
 
O protocolo Profinet IRT (Isochronous Real Time) gerencia a banda de 
comunicação baseando-se em fases. Os pacotes de dados sincronizados 
ocupam a banda na fase vermelha. A fase laranja é usada para a transmissão 
de dados assíncronos do sistema, porém, se beneficiam da banda de tempo 
real como alarmes, etc. A fase verde é usada pra transmitir pacotes de dados 
assíncronos como quadros de tarefa Ethernet. Ainda existe uma fase amarela, 
que se situa entre as fases vermelha e verde, utilizada para o armazenamento 
de pacotes enviados com atraso pela fase verde e que podem comprometer a 
sincronização da fase vermelha. A figura 6 exemplifica tal divisão de banda. 
(Gunzinger, Kuenzle, Schwarz, Doran, & Weber, 2010) 
11 
 
 
Figura 6 Divisão da banda em fases 
 
 A figura 7 mostra uma comparação simples entre os protocolos. 
 
 
Figura 7 Comparação entre os protocolos 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Aplicação 
 
 
 
A aplicação do protocolo Profinet a ser citada nesse trabalho foi 
realizada na planta fabril da ford em São Bernardo do Campo, mais 
especificamente nas células de soldagem da Ford Courier. A montadora 
adquiriu o sistema em 2007 e citou como principal característica a 
facilidade de instalação. Outros pontos positivos abrangidos foram o 
reduzido numero de dispositivos que ocasionou em um sistema mais 
simplificada e um ganho de tempo, além da maior eficiência e espaço 
gerados pelo menor número de cabos. Outra vantagem foi a 
centralização das interfaces IHM comandas agora por computadores o 
que resultou em interfaces mais amigáveis e simplificadas. Também, o 
monitoramento dos dispositivos agora é feito por CLPs, que apresentam 
maior confiabilidade e menor numero de intervenções que, quando 
ocorrem, são realizadas com maior precisão e menor tempo graças ao 
sistema de detecção de falhas. (Fittipaldi, 2010) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
 
Anexo 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Bibliografia 
 
[1]Ferrari, P., Flammini, A., Marioli, D., & Taroni, A. (2004). Experimental evaluation of 
PROFINET performance. Factory Communication Systems, 2004. Proceedings. 2004 
IEEE International Workshop on, (pp. 331- 334, 22-24). 
[2]Ferrari, P., Flammini, A., Venturini, F., & Augelli, A. (2011). Large PROFINET IO RT networks 
for factory automation: A case study. Emerging Technologies & Factory Automation 
(ETFA), 2011 IEEE 16th Conference on, (pp. pp.1-4, 5-9). 
[3]Fittipaldi, H. (2010). FORD moderniza planta com PROFINET e PROFIsafe. Mecatrônica Atual 
- Automação Industrial de Processos e Manufatura, 38. 
[4]Gunzinger, D., Kuenzle, C., Schwarz, A., Doran, H., & Weber, K. (2010). Optimising PROFINET 
IRT for fast cycle times: A proof of concept. Factory Communication Systems (WFCS), 
2010 8th IEEE International Workshop, (pp. pp.35-42). 
[5]Kleines, H., Detert, S., Drochner, M., & Suxdorf, F. (2008). Performance Aspects of PROFINET 
IO. Nuclear Science, IEEE Transactions on : vol.55, no.1, pp.290-294. 
[6]Lugli, A. B. (2008). Uma visão do protocolo industrial Profinet e suas aplicações. Santa Rita 
do Sapucaí / MG – Brasil. 
[7]Pegaia, D. (2010). Tecnologia Profinet. 
[8]Pigan, R. (2008). Automating with PROFINET. Erlangen. 
[9]Prytz, G. (2008). A performance analysis of EtherCAT and PROFINET IRT. Emerging 
Technologies and Factory Automation, 2008. ETFA 2008. IEEE International Conference 
on, (pp. pp.408-415, 15-18). 
[10]von Rohr, D., Felser, M., & Rentschler, M. (2011). Simplifying the engineering of modular 
PROFINET IO devices. Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), 2011 IEEE 
16th Conference on , (pp. 1-4, 5-9).