Калькуляторы
Калькулятор пропускной способности PROFINET/PROFIBUS
PROFIBUS-DP - классическая промышленная шина для связи ПЛК с распределенной периферией, работает со скоростями от 9.6 кбит/с до 12 Мбит/с.
PROFIBUS-PA - вариант PROFIBUS для автоматизации процессов, работает на фиксированной скорости 31.25 кбит/с.
• 10 Мбит/с - базовая скорость, подходит для небольших систем
• 100 Мбит/с - стандартная скорость для большинства приложений
• 1000 Мбит/с - для высокопроизводительных систем с большим количеством устройств
PROFIBUS-DP:
• До 93.75 кбит/с - для сетей длиной до 1200 м
• 500 кбит/с - оптимальное соотношение дальности/скорости
• 12 Мбит/с - максимальная скорость (длина сети до 100 м)
• Медный кабель: до 100 м между устройствами
• Оптоволокно: до 2 км (многомодовое) или до 14 км (одномодовое)
PROFIBUS:
• 9.6-93.75 кбит/с: до 1200 м
• 187.5 кбит/с: до 1000 м
• 500 кбит/с: до 400 м
• 1.5 Мбит/с: до 200 м
• 12 Мбит/с: до 100 м
Обратите внимание, что это максимальные расстояния для сегментов. Для больших сетей используются повторители.
Звезда: все устройства подключены к центральному коммутатору/концентратору. Надежнее линейной, но требует больше кабеля.
Кольцо: замкнутая линейная топология, обеспечивает резервирование. При разрыве соединения сеть продолжает работать. В PROFINET используется протокол MRP для кольцевых топологий с временем восстановления до 200 мс.
В PROFINET каждый контроллер может управлять множеством IO-устройств, но сложные системы могут включать несколько контроллеров для распределения нагрузки или обеспечения резервирования.
В PROFIBUS сеть обычно имеет одно мастер-устройство класса 1 (ПЛК), но может включать дополнительные мастера класса 2 для конфигурирования и диагностики.
PROFINET:
• Минимальный размер: обычно от 1 байта
• Типовой размер: 20-400 байт для стандартных приложений
• Максимальный размер: до 1440 байт для одного устройства
PROFIBUS:
• Минимальный размер: от 1 байта
• Типовой размер: 8-32 байт
• Максимальный размер: до 244 байт для одного slave-устройства
PROFINET:
• RT (Real-Time): типичное время от 1 до 10 мс
• IRT (Isochronous Real-Time): от 0.25 мс до 4 мс для синхронных операций
• Для стандартных задач: обычно 4-16 мс
PROFIBUS:
• Минимальное время цикла при 12 Мбит/с: от 5 мс
• Типичное время цикла: 10-100 мс
Меньшее время цикла повышает нагрузку на сеть, но обеспечивает более быструю реакцию.
PROFINET:
• Стандартная сеть поддерживает до 127 устройств на контроллер
• Современные системы могут интегрировать сотни приводов
• Для синхронных приводов обычно используется PROFINET IRT
PROFIBUS:
• Стандартная сеть поддерживает до 126 устройств на сегмент
• Для высокодинамичных приводов используется PROFIBUS с профилем PROFIdrive
Приводы обычно имеют меньшее время цикла для быстрого реагирования на команды управления.
Типичные конфигурации:
• Базовый режим: 4-8 байт (управляющее слово + задание скорости)
• Стандартный режим: 24-32 байт (слова управления + задания + статус)
• Расширенный режим: 64-256 байт (для многоосевых приводов с доп. функциями)
Примеры:
• Siemens SINAMICS: PPO1-PPO5 (от 4+4 до 16+32 байт)
• SEW MOVIDRIVE: 3-10 слов данных процесса (6-20 байт)
• ABB ACS880: от 2 до 16 слов (4-32 байт)
Рекомендуемые значения:
• Для высокодинамичных приводов: 1-2 мс
• Для стандартного применения: 4-8 мс
• Для нединамичных процессов: 8-16 мс
В зависимости от применения:
• Позиционирование: 1-4 мс
• Регулирование скорости: 4-8 мс
• Управление моментом: требует минимального времени (1-2 мс)
Типичные устройства:
• Панели оператора (HMI)
• Системы сбора данных
• Интеллектуальные датчики
• Аналитические приборы
• Устройства безопасности
• Шлюзы и конвертеры протоколов
Такие устройства обычно имеют менее строгие требования к времени отклика по сравнению с приводами.
Типичные значения:
• Простые HMI: 20-64 байт (для отображения основных параметров)
• Сложные HMI: 100-500 байт (графические элементы, тренды)
• Интеллектуальные датчики: 8-32 байт
• Аналитические приборы: 50-200 байт
HMI часто используют как циклический обмен для критичных данных, так и ациклический для сложных операций и настройки.
Рекомендуемые значения:
• Для оперативного управления: 50-100 мс
• Для стандартной визуализации: 100-500 мс
• Для мониторинга и архивирования: 500-1000 мс
Более длительное время цикла для этих устройств позволяет снизить общую нагрузку на сеть без ущерба для функциональности.
Данный инструмент предназначен для приблизительной оценки загрузки промышленных сетей PROFINET и PROFIBUS при обмене циклическими данными между различными устройствами автоматизации (контроллеры, приводы, HMI-панели и др.).
С помощью калькулятора вы можете:
- Оценить общую загрузку сети в реальном времени при изменении конфигурации
- Определить распределение трафика между разными типами устройств
- Выявить потенциальные узкие места в сетевых коммуникациях
- Спланировать расширение сети с учетом имеющегося запаса пропускной способности
Калькулятор использует следующий подход для оценки пропускной способности и загрузки сети:
Трафик (байт/с) = Количество устройств × Объем данных (байт) × (1000 ÷ Время цикла (мс)) × Коэффициент накладных расходов
Коэффициенты накладных расходов (учитывают служебные данные протокола):
- PROFINET: 1.2 (20% дополнительного трафика)
- PROFIBUS-DP: 1.3 (30% дополнительного трафика)
- PROFIBUS-PA: 1.35 (35% дополнительного трафика)
- Дополнительный коэффициент 1.1 для кольцевой топологии в PROFINET
Эффективная пропускная способность составляет примерно 70% от теоретической:
Эффективная пропускная способность (Мбит/с) = Теоретическая скорость (Мбит/с) × 0.7
Процент загрузки сети рассчитывается как:
Загрузка (%) = (Общий трафик (Мбит/с) ÷ Эффективная пропускная способность (Мбит/с)) × 100%
Рекомендуется поддерживать загрузку сети ниже 60% для обеспечения стабильной работы и наличия запаса для пиковых нагрузок и ациклического обмена данными.
Параметры сети: PROFINET, 100 Мбит/с, линейная топология
Устройства:
- 1 контроллер, 100 байт данных, цикл 10 мс
- 5 приводов, 32 байта данных на каждый, цикл 4 мс
- 1 HMI-панель, 64 байта данных, цикл 100 мс
Расчет:
Трафик от контроллера: 1 × 100 × (1000 ÷ 10) × 1.2 = 12,000 байт/с = 0.096 Мбит/с
Трафик от приводов: 5 × 32 × (1000 ÷ 4) × 1.2 = 48,000 байт/с = 0.384 Мбит/с
Трафик от HMI: 1 × 64 × (1000 ÷ 100) × 1.2 = 768 байт/с = 0.006 Мбит/с
Общий трафик: 0.096 + 0.384 + 0.006 = 0.486 Мбит/с
Эффективная пропускная способность: 100 × 0.7 = 70 Мбит/с
Загрузка сети: (0.486 ÷ 70) × 100% = 0.69% (очень низкая загрузка)
Параметры сети: PROFIBUS-DP, 1500 кбит/с (1.5 Мбит/с), линейная топология
Устройства:
- 1 контроллер, 244 байта данных, цикл 20 мс
- 20 slave-устройств (приводы/модули I/O), 16 байт данных на каждое, цикл 10 мс
Расчет:
Трафик от контроллера: 1 × 244 × (1000 ÷ 20) × 1.3 = 15,860 байт/с = 0.127 Мбит/с
Трафик от slave-устройств: 20 × 16 × (1000 ÷ 10) × 1.3 = 41,600 байт/с = 0.333 Мбит/с
Общий трафик: 0.127 + 0.333 = 0.46 Мбит/с
Эффективная пропускная способность: 1.5 × 0.7 = 1.05 Мбит/с
Загрузка сети: (0.46 ÷ 1.05) × 100% = 43.8% (умеренная загрузка)
Параметры сети: PROFINET, 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), кольцевая топология
Устройства:
- 2 контроллера, 500 байт данных каждый, цикл 4 мс
- 50 приводов, 64 байта данных на каждый, цикл 2 мс
- 10 HMI-панелей, 100 байт данных каждая, цикл 50 мс
- 30 модулей удаленного I/O, 32 байта данных каждый, цикл 5 мс
Расчет:
Трафик от контроллеров: 2 × 500 × (1000 ÷ 4) × 1.2 × 1.1 = 330,000 байт/с = 2.64 Мбит/с
Трафик от приводов: 50 × 64 × (1000 ÷ 2) × 1.2 × 1.1 = 2,112,000 байт/с = 16.9 Мбит/с
Трафик от HMI: 10 × 100 × (1000 ÷ 50) × 1.2 × 1.1 = 26,400 байт/с = 0.21 Мбит/с
Трафик от модулей I/O: 30 × 32 × (1000 ÷ 5) × 1.2 × 1.1 = 253,440 байт/с = 2.03 Мбит/с
Общий трафик: 2.64 + 16.9 + 0.21 + 2.03 = 21.78 Мбит/с
Эффективная пропускная способность: 1000 × 0.7 = 700 Мбит/с
Загрузка сети: (21.78 ÷ 700) × 100% = 3.11% (низкая загрузка)
| Параметр | PROFINET | PROFIBUS |
|---|---|---|
| Скорость передачи данных | 10/100/1000 Мбит/с | 9.6 кбит/с - 12 Мбит/с |
| Длина сегмента сети | До 100 м (медь), до 2-14 км (оптика) | До 1200 м (зависит от скорости) |
| Объем данных контроллера | 20-1440 байт | До 244 байт |
| Объем данных привода | 8-256 байт | 4-32 байт |
| Время цикла для контроллеров | 1-16 мс | 5-100 мс |
| Время цикла для приводов | 1-8 мс | 4-20 мс |
| Время цикла для HMI | 50-1000 мс | 100-1000 мс |
Эти значения являются типичными, но могут отличаться в зависимости от конкретного производителя оборудования и требований приложения.
- Используйте реальные параметры вашей системы для получения наиболее точных результатов
- Учитывайте не только циклический трафик - для ациклических данных, диагностики и других видов коммуникаций рекомендуется оставлять запас не менее 40% пропускной способности
- Обратите внимание на предупреждения о высокой загрузке сети (>60%), особенно при планировании расширения системы
- Проверяйте результаты с помощью специализированных инструментов мониторинга сети в реальных условиях
- При проектировании сложных систем рекомендуется консультация со специалистами по промышленным сетям
Оптимальная работа промышленной сети во многом зависит от правильно подобранного оборудования и его грамотной настройки. Компания Иннер Инжиниринг предлагает полный спектр решений для построения надежных и высокопроизводительных сетей PROFINET и PROFIBUS.
Для создания эффективной инфраструктуры промышленных сетей мы рекомендуем использовать промышленные сети SIMATIC NET, включающие высококачественную кабельную продукцию и современное сетевое оборудование SCALANCE. Для построения сетей в условиях промышленной эксплуатации с повышенными требованиями к надежности и защищенности идеально подойдет промышленное сетевое оборудование RUGGEDCOM.
Сердцем любой системы автоматизации являются контроллеры. В зависимости от сложности задач и требований к производительности, компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор контроллеров SIMATIC различных серий:
- Контроллеры SIMATIC S7-1200 — для малых и средних систем автоматизации
- Контроллеры SIMATIC S7-1500 — высокопроизводительные решения для сложных задач
- Контроллеры SIMATIC S7-300 и S7-400 — проверенные временем решения
- SIMATIC S7 Failsafe — для систем с повышенными требованиями к безопасности
Для организации эффективного взаимодействия между контроллерами и полевыми устройствами необходимы системы распределенного ввода-вывода. Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор решений распределенной периферии, включая компоненты систем распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200 и готовые шкафы ET 200.
Для визуализации и управления технологическими процессами мы предлагаем системы визуализации SIMATIC HMI и промышленные компьютеры SIMATIC IPC, включая специализированные программаторы SIMATIC PG для настройки и обслуживания оборудования.
Для предприятий с экстремальными условиями эксплуатации (высокие/низкие температуры, повышенная влажность, вибрации и т.д.) мы рекомендуем специализированную серию SIPLUS extreme, включающую модификации контроллеров SIPLUS S7-300, сетевых компонентов SIPLUS NET, промышленных компьютеров SIPLUS IPC и других компонентов для экстремальных условий SIPLUS extreme.
Вся техника автоматизации Siemens от компании Иннер Инжиниринг поставляется с официальной гарантией и технической поддержкой. Мы также предлагаем сервисные услуги по проектированию, монтажу и обслуживанию промышленных сетей и систем автоматизации.
Данный калькулятор предназначен только для приблизительной оценки загрузки промышленных сетей и не может заменить специализированные инструменты анализа сети и профессиональное проектирование.
Результаты расчетов являются теоретическими и могут отличаться от реальных показателей в действующих системах из-за множества факторов, включая, но не ограничиваясь:
- Особенности конкретных устройств и их реализации протоколов
- Качество и тип сетевого оборудования (коммутаторы, повторители, кабели)
- Наличие нестандартного оборудования или дополнительных протоколов в сети
- Ациклический обмен данными, диагностика и служебный трафик
- Изменения конфигурации системы во время работы
Автор и разработчики калькулятора не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования данного инструмента, включая возможные финансовые потери, простои оборудования, аварии или иные инциденты. Все решения, принятые на основе результатов расчетов, должны быть тщательно проверены и протестированы пользователем.
При создании калькулятора использовались следующие источники:
- PROFINET - Technology and Application: System Description. PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO), 2014.
- PROFIBUS - Technology and Application: System Description. PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO), 2010.
- Siemens AG. "SIMATIC NET Communication Manual", 2020.
- Siemens AG. "PROFINET System Description", 2018.
- Phoenix Contact. "Industrial Ethernet: The PROFINET Standard", 2017.
- PROFINET with PROFIBUS: New Developments for Automation. Günter Pröll, Wolfgang Böhnke, Max Felser, Helmut Prohl, 2015.
- PROFIBUS: Technological and Physical Aspects. John Gialelis, George Kalogeras, 2012.
- Industrial Communication with PROFINET: Real-Time Ethernet for Automation. Manfred Popp, 2014.
- Industrial Communications Technology Handbook. Richard Zurawski, 2017.
Дополнительную информацию о промышленных сетях PROFINET и PROFIBUS можно найти на официальных сайтах:
- www.profibus.com - Международная организация PROFIBUS & PROFINET
- www.siemens.com/industrial-communications - Решения Siemens для промышленных коммуникаций
- www.phoenixcontact.com - Решения Phoenix Contact для промышленных сетей
