การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมของสถาปัตยกรรมโปรโตคอล PROFINET หลักการทำงาน ข้อดีและข้อเสีย

PROFINET เป็นโปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้โดยระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เป็นโปรโตคอลบนอีเทอร์เน็ตที่ช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างระบบควบคุมทางอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ แอคชูเอเตอร์ และตัวควบคุมอื่นๆ PROFINET พัฒนาโดย PROFIBUS International เป็นโปรโตคอลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตและระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ปัจจุบัน PROFINET ได้กลายเป็นหนึ่งในโปรโตคอลการสื่อสารกระแสหลักในด้านระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมต่างๆ จากสถิติในปี 2019 มีโหนด PROFINET IO มากกว่า 250,000 โหนดและอุปกรณ์ PROFINET IO มากกว่า 5 ล้านเครื่องที่ใช้งานทั่วโลก PROFINET ยังมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิต อุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม อุตสาหกรรมพลังงานและการบำบัดน้ำ เป็นต้น

สถาปัตยกรรมของ PROFINET

PROFINET ใช้สถาปัตยกรรมแบบหลายชั้น รวมถึงเลเยอร์ทางกายภาพ เลเยอร์ดาต้าลิงค์ เลเยอร์เครือข่าย และเลเยอร์แอปพลิเคชัน เลเยอร์ทางกายภาพของ PROFINET ใช้สายเคเบิลอีเธอร์เน็ตมาตรฐานและตัวเชื่อมต่อเพื่อรองรับอัตราการส่งข้อมูลและระยะทางที่หลากหลาย Data Link Layer ของ PROFINET ใช้โปรโตคอล PROFINET IO ซึ่งรองรับการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์และการจัดการเครือข่าย เลเยอร์เครือข่ายของ PROFINET ใช้โปรโตคอล TCP/IP และสนับสนุนโทโพโลยีเครือข่ายและกลยุทธ์การกำหนดเส้นทางที่หลากหลาย ชั้นแอปพลิเคชันของ PROFINET ใช้โปรโตคอล PROFINET เพื่อรองรับการสื่อสารและความร่วมมือระหว่างอุปกรณ์และตัวควบคุมต่างๆ

PROFINET ทำงานอย่างไร

การเชื่อมต่ออุปกรณ์และการระบุตัวตนอัตโนมัติ: อุปกรณ์ในเครือข่าย PROFINET เชื่อมต่อผ่านเลเยอร์ทางกายภาพของอีเทอร์เน็ต และรองรับฟังก์ชันการระบุตัวตนอัตโนมัติและการกำหนดค่าอัตโนมัติ เมื่ออุปกรณ์เข้าร่วมเครือข่าย PROFINET ตัวควบคุม PROFINET จะสามารถระบุประเภท ที่อยู่ คุณลักษณะ และข้อมูลอื่น ๆ ของอุปกรณ์ใหม่ได้โดยอัตโนมัติ และกำหนดค่าที่อยู่ IP, ที่อยู่ MAC, พารามิเตอร์เครือข่าย ฯลฯ โดยอัตโนมัติ

โปรโตคอลการสื่อสารและการส่งข้อมูล: โปรโตคอลการสื่อสาร PROFINET ใช้เทคโนโลยีอีเธอร์เน็ต ใช้สแต็กโปรโตคอล TCP/IP และปรับให้เหมาะสมและขยายบนพื้นฐานนี้ โปรโตคอลการสื่อสาร PROFINET รองรับการส่งข้อมูลประเภทต่างๆ เช่น ข้อมูลที่ไม่ใช่เรียลไทม์ ข้อมูลเรียลไทม์ ข้อมูลควบคุม และข้อมูลการวินิจฉัยข้อผิดพลาด ในเครือข่าย PROFINET การส่งข้อมูลสามารถทำได้สามวิธี: การสื่อสารข้อมูล IO, การสื่อสารข้อมูล TCP/IP และการสื่อสารข้อมูลแบบเรียลไทม์

กลไกการสื่อสารแบบเรียลไทม์: PROFINET ใช้กลไกการสื่อสารแบบเรียลไทม์ ซึ่งสามารถรับส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ด้วยความเร็วสูง เชื่อถือได้ และแม่นยำ PROFINET รองรับกลไกการสื่อสารแบบเรียลไทม์สองแบบ ได้แก่ PROFINET RT และ PROFINET IRT PROFINET RT เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลเรียลไทม์ความเร็วสูงที่มีความหน่วงต่ำ เช่น แอปพลิเคชันควบคุมการเคลื่อนไหว PROFINET IRT เหมาะสำหรับการควบคุมและการตรวจสอบที่มีความแม่นยำสูง เช่น การควบคุมอุณหภูมิ การควบคุมการไหล ฯลฯ กลไกการสื่อสารแบบเรียลไทม์สามารถใช้งานได้โดยการสื่อสารเป็นระยะระหว่างอุปกรณ์ PROFINET IO และตัวควบคุม PROFINET I/O

โทโพโลยีเครือข่ายและกลไกการสำรอง: เครือข่าย PROFINET รองรับโทโพโลยีหลายรายการ เช่น สตาร์ บัส วงแหวน ต้นไม้ ฯลฯ โทโพโลยีที่แตกต่างกันสามารถตอบสนองข้อกำหนดการใช้งานที่แตกต่างกันและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเครือข่าย ในเวลาเดียวกัน PROFINET ยังสนับสนุนกลไกความซ้ำซ้อน ซึ่งสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความเสถียรของเครือข่าย เช่น ความซ้ำซ้อนของอุปกรณ์ ความซ้ำซ้อนของเส้นทาง และความซ้ำซ้อนของพอร์ต

เนื่องจากเป็นโปรโตคอลการสื่อสารอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม PROFINET มีข้อดีและข้อเสียดังต่อไปนี้:

ข้อได้เปรียบ:

ประสิทธิภาพ: PROFINET ใช้เทคโนโลยีอีเธอร์เน็ต และได้รับการปรับปรุงและขยายบนพื้นฐานนี้ ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพสูง รองรับการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์และการสื่อสารเครือข่ายความเร็วสูง เชื่อถือได้ และแม่นยำ และสามารถตอบสนองข้อกำหนดการสื่อสารแบบเรียลไทม์และไม่ใช่เรียลไทม์ในด้านระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

ความยืดหยุ่น: PROFINET รองรับโทโพโลยีเครือข่ายที่หลากหลาย รวมถึงสตาร์ บัส วงแหวน ต้นไม้ ฯลฯ ซึ่งสามารถเลือกได้อย่างยืดหยุ่นตามความต้องการใช้งานที่แตกต่างกันและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเครือข่าย ในเวลาเดียวกัน PROFINET ยังสนับสนุนกลไกการสำรองหลายรายการ เช่น การสำรองอุปกรณ์ การสำรองเส้นทาง การสำรองพอร์ต ฯลฯ เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและเสถียรภาพของเครือข่าย

ความสามารถในการปรับขนาด: PROFINET เป็นโปรโตคอลการสื่อสารที่ปรับขนาดได้ซึ่งสามารถรองรับอุปกรณ์และแอปพลิเคชันต่างๆ มากมาย เช่น เซ็นเซอร์ แอคทูเอเตอร์ หุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัติ ฯลฯ ในเวลาเดียวกัน ยังสามารถรองรับประเภทข้อมูลและโปรโตคอลที่แตกต่างกันได้หลากหลาย รวมถึงที่ไม่ใช่ ข้อมูลเรียลไทม์เรียลไทม์ข้อมูล ข้อมูลการควบคุม และข้อมูลการวินิจฉัยข้อผิดพลาด

ง่ายต่อการรวม: อุปกรณ์ในเครือข่าย PROFINET สามารถรวมและกำหนดค่าได้อย่างรวดเร็วผ่านการระบุอัตโนมัติและฟังก์ชันการกำหนดค่าอัตโนมัติ ซึ่งช่วยลดความยากในการติดตั้งและแก้ไขข้อบกพร่องของอุปกรณ์ และช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและประสิทธิภาพการทำงาน

ข้อบกพร่อง:

ความซับซ้อน: ในฐานะโปรโตคอลการสื่อสารขั้นสูง PROFINET มีค่าใช้จ่ายในการเรียนรู้และการใช้งานที่สูงกว่าโปรโตคอลธรรมดาอื่นๆ นอกจากนี้ การกำหนดค่าและการบำรุงรักษาเครือข่าย PROFINET ยังต้องใช้ทักษะและประสบการณ์ระดับสูง และจำเป็นต้องมีวิศวกรและช่างเทคนิคมืออาชีพสำหรับการสนับสนุนและการจัดการ

ค่าใช้จ่าย: เครือข่าย PROFINET ต้องการค่าใช้จ่ายด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่สูง รวมถึงตัวควบคุม PROFINET, อุปกรณ์ PROFINET IO, สวิตช์เครือข่าย ฯลฯ ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์และแอปพลิเคชัน PROFINET ยังต้องได้รับการรับรองความถูกต้องและได้รับอนุญาต และจำเป็นต้องชำระค่าธรรมเนียมที่เกี่ยวข้อง

ความปลอดภัย: การรักษาความปลอดภัยของการสื่อสารเครือข่าย PROFINET จำเป็นต้องมีการกำหนดค่าและการจัดการพิเศษ รวมถึงไฟร์วอลล์ การเข้ารหัสข้อมูล การรับรองความถูกต้อง ฯลฯ หากไม่มีมาตรการรักษาความปลอดภัย เครือข่าย PROFINET อาจเผชิญกับภัยคุกคามและการโจมตีด้านความปลอดภัย

โดยสรุป โปรโตคอล PROFINET มีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพสูง ความน่าเชื่อถือสูง ความสามารถในการทำงานร่วมกัน และการแสดงภาพ แต่ก็มีข้อเสีย เช่น ความซับซ้อนของการกำหนดค่าและการบำรุงรักษา ความต้องการอุปกรณ์พิเศษ ปัญหาด้านความปลอดภัย และข้อจำกัดในการใช้งาน เมื่อใช้โปรโตคอล PROFINET จำเป็นต้องพิจารณาข้อดีและข้อเสียอย่างครอบคลุม และเลือกสถานการณ์การใช้งานที่เหมาะสมและความต้องการที่แท้จริง

ในอนาคต ทิศทางการพัฒนาของ PROFINET ประกอบด้วยประเด็นต่อไปนี้เป็นหลัก:

ปรับให้เข้ากับความต้องการของอุตสาหกรรม 4.0: ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรม 4.0 PROFINET จะให้ความสำคัญกับการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์และการแบ่งปันข้อมูลมากขึ้นเรื่อยๆ และจะให้ความสำคัญกับความสามารถในการทำงานร่วมกันและความคล่องตัวมากขึ้น โดยให้ความยืดหยุ่น มีประสิทธิภาพ และ โซลูชั่นอัจฉริยะ

เสริมสร้างความปลอดภัย: ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ภัยคุกคามและการโจมตีด้านความปลอดภัยของเครือข่ายจึงกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นเรื่อยๆ PROFINET จะให้ความสำคัญกับความปลอดภัยของการสื่อสารเครือข่ายมากขึ้น และจัดเตรียมมาตรการรักษาความปลอดภัยที่ครอบคลุมมากขึ้น

การปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์: PROFINET จะยังคงปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ต่อไป โดยให้อัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและเวลาแฝงที่ลดลง เพื่อตอบสนองความต้องการแบบเรียลไทม์และประสิทธิภาพของอุปกรณ์และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

เสริมสร้างความฉลาดและการแสดงภาพ: PROFINET จะปรับปรุงฟังก์ชันความฉลาดและการแสดงภาพ ให้ฟังก์ชันการตรวจสอบ การวินิจฉัย และการทำนายที่หลากหลายมากขึ้น และตระหนักถึงการจัดการและการบำรุงรักษาอุปกรณ์และระบบอย่างชาญฉลาด

ขยายขอบเขตการใช้งาน: PROFINET จะขยายขอบเขตการใช้งานเพิ่มเติม ที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมและสาขาต่างๆ มากขึ้น เช่น การแพทย์ การบินและอวกาศ หุ่นยนต์ ฯลฯ

กล่าวโดยสรุป ในฐานะโปรโตคอลการสื่อสารอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมขั้นสูง PROFINET จะยังคงมีบทบาทสำคัญในอนาคต และส่งเสริมนวัตกรรมและการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในด้านระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม