PROFINET IRT: quando il Real-Time non è sufficiente
Perché ho bisogno di PROFINET IRT?
I protocolli di comunicazione industriale come PROFINET, EtherCAT ed Ethernet/IP sono classificati come protocolli di comunicazione in real-time. Questi protocolli possono già raggiungere tempi di ciclo di 1 millisecondo e un jitter compreso tra 10 e 100 microsecondi.
In alcuni casi, tuttavia, anche questo livello di prestazioni non è sufficiente. Il fatto è che la trasmissione e l’elaborazione dei dati richiedono tempo. In alcune applicazioni, è fondamentale che questo tempo sia sincronizzato con precisione per garantire che le fasi di produzione vengano eseguite correttamente.
Questo accade in particolare nel motion control, dove le richieste di velocità e prestazioni nella comunicazione dei dati sono aumentate al punto che i tempi di ciclo di PROFINET real-time standard non sono più abbastanza veloci e altre metriche chiave come il jitter e il determinismo non soddisfano più gli standard richiesti.
Ad esempio, un braccio robotico deve trovarsi in una posizione esattamente definita in un momento specifico per prelevare o lavorare un pezzo. Se il braccio è anche solo leggermente in anticipo o in ritardo, il processo può essere gravemente interrotto. In questi casi, la trasmissione e l’elaborazione dei dati devono essere veloci e affidabili.
PROFINET IRT viene utilizzato quando la comunicazione standard in real-time raggiunge i suoi limiti e si richiede una sincronizzazione estremamente precisa a velocità eccezionalmente elevate nella comunicazione dei dati.
Come funziona PROFINET IRT?
PROFINET IRT richiede un rigoroso determinismo nella trasmissione di specifici pacchetti di dati all’interno della rete. Ciò significa che i dati devono essere ricevuti, elaborati e inoltrati in una sequenza precisa entro un lasso di tempo predeterminato, senza essere influenzati da ritardi quali collisioni di rete o jitter.
A tal fine, una rete PROFINET IRT assegna finestre temporali specifiche per la gestione di dati critici dal punto di vista temporale. Ad esempio, se il 20% del traffico di rete è riservato alla comunicazione IRT, cioè PROFINET IRT, il traffico di rete viene suddiviso in cinque segmenti temporali:
- Un segmento è dedicato alla comunicazione IRT
- I quattro segmenti rimanenti sono riservati alla comunicazione regolare in tempo reale
In questo caso, la rete funziona per l’80% del tempo come una rete PROFINET standard. Durante il restante 20%, vengono elaborati solo i pacchetti di dati rilevanti per PROFINET IRT, garantendo una trasmissione sincronizzata e deterministica. Durante la comunicazione IRT, i normali pacchetti di dati PROFINET vengono bufferizzati ed elaborati quando il segmento temporale IRT è completo.
Affinché questo sistema funzioni efficacemente, una rete PROFINET IRT deve soddisfare due requisiti essenziali:
Sincronizzazione tra tutti i dispositivi IRT
È necessario mantenere un ciclo di sincronizzazione coerente tra tutti i dispositivi PROFINET IRT. È possibile farlo tramite un clock ad alta precisione condiviso da tutti i dispositivi. Questo e altri meccanismi, come il Precision Time Protocol (PTP), sono definiti nello standard IEEE 1588. PROFINET IRT estende questo standard con il Precision Transparent Clock Protocol (PTCP). PTCP non solo mantiene un orologio condiviso tra i dispositivi PROFINET IRT, ma calcola anche i ritardi tra gli switch di rete e il relativo cablaggio.
Capacità di buffering
È necessario un circuito aggiuntivo all’interno dello switch di rete per bufferizzare il traffico Ethernet non IRT ricevuto durante il tempo di comunicazione IRT designato.
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