プロフィネット

プロフィネット

通信プロトコル
目的	産業オートメーション向けリアルタイムイーサネット
開発者	PROFIBUS & PROFINET インターナショナル
導入	2003年; 21年前 （2003年）
に基づく	イーサネット、プロフィバス
OSI層	アプリケーション層
RFC(複数)	IEC61784-2、IEC61158

Profinet ( Process Field Net workの略称で、通常はPROFINETと表記される) は、産業用イーサネットを介したデータ通信の業界技術標準であり、産業システム内の機器からのデータ収集と制御を目的として設計されており、特に厳しい時間制約下でのデータ配信に強みを持っています。この標準は、ドイツのカールスルーエに本部を置く統括組織である Profibus および Profinet International によって維持およびサポートされています。

Profinet は周辺機器へのインターフェースを実装します。^{[1] [2]}フィールドに接続された周辺機器との通信を定義します。その基礎はカスケード リアルタイム コンセプトです。Profinet は、コントローラ (「IO コントローラ」と呼ばれる) とデバイス (「IO デバイス」と呼ばれる) 間のデータ交換全体、およびパラメータ設定と診断を定義します。IO コントローラは通常、PLC、DCS、またはIPCです。一方、IO デバイスは、I/O ブロック、ドライブ、センサー、またはアクチュエータなど、さまざまです。Profinet プロトコルは、イーサネット ベースのフィールド デバイス間の高速データ交換用に設計されており、プロバイダー - コンシューマー モデルに従います。^[1]下位のProfibusラインのフィールド デバイスは、IO プロキシ (下位のバス システムの代表) を介して Profinet システムにシームレスに統合できます。^[3]

Profinet を使用するアプリケーションは、国際規格 IEC 61784-2 に従って 4 つの適合クラスに分類できます。

• 適合クラス A (CC-A)では、デバイスのみが認定されます。ネットワーク インフラストラクチャについては、製造元の証明書で十分です。このため、構造化ケーブル配線やモバイル加入者向けのワイヤレス ローカル エリア ネットワークも使用できます。典型的な用途としては、インフラストラクチャ(高速道路や鉄道トンネルなど) やビルディングオートメーションが挙げられます。

• 適合クラス B (CC-B) は、ネットワーク インフラストラクチャに認証済み製品も含まれ、Profinet のガイドラインに従って構成されていることを規定しています。シールド ケーブルは堅牢性を高め、管理機能を備えたスイッチはネットワーク診断を容易にし、生産ラインやマシンを制御するためにネットワーク トポロジを必要に応じてキャプチャできるようにします。プロセス自動化には可用性の向上が必要ですが、これはメディアとシステムの冗長性によって実現できます。デバイスが適合クラス B に準拠するには、Profinet 経由で正常に通信し、2 つのポート (統合スイッチ) を持ち、SNMPをサポートしている必要があります。

• 適合クラス C (CC-C)を使用すると、追加の帯域幅予約とアプリケーション同期を備えた測位システムを実装できます。適合クラス C デバイスは、さらに Profinet IRT を介して通信します。

• 適合クラス D (CC-D)の場合、Profinet はTime-Sensitive Networking (TSN) を介して使用されます。CC-C と同じ機能を実現できます。CC-A および CC-B とは異なり、コントローラとデバイス間の完全な通信 (周期的および非周期的) は、イーサネット レイヤー 2 で行われます。この目的のために、リモート サービス インターフェイス(RSI) が導入されました。

Profinetシステムは以下のデバイスから構成される: ^{[1] : 3}

• 自動化タスクを制御するIO コントローラ。
• IOデバイスは、IO コントローラによって監視および制御されるフィールド デバイスです。IO デバイスは、複数のモジュールとサブモジュールで構成される場合があります。
• IOスーパーバイザーは、通常、パラメータを設定し、個々の IO デバイスを診断するための PC ベースのソフトウェアです。

最小限の Profinet IO システムは、 1 つ以上の IO デバイスを制御する 1 つ以上の IO コントローラで構成されます。さらに、必要に応じて、IO デバイスのエンジニアリングのために 1 つ以上の IO スーパーバイザを一時的にオンにすることもできます。

2つのIOシステムが同じIPネットワーク内にある場合、IOコントローラは入力信号を共有入力として共有することもできます。この場合、IOコントローラはIOデバイス内の同じサブモジュールへの読み取りアクセス権を持ちます。^{[1] : 3  [2]これにより、} PLCと別の安全コントローラまたはモーションコントロールの組み合わせが簡単になります。同様に、IOデバイス全体を共有デバイスとして共有することもできます。^{[1] : 11}この場合、IOデバイスの個々のサブモジュールは異なるIOコントローラに割り当てられます。

イーサネット インターフェイスを備えた各オートメーション デバイスは、IO コントローラと IO デバイスの機能を同時に果たすことができます。パートナー コントローラのコントローラが IO デバイスとして機能し、同時にその周辺機器を IO コントローラとして制御する場合、追加のデバイスなしでコントローラ間のタスクを調整できます。

アプリケーション関係（AR）は、IOコントローラとIOデバイスの間に確立されます。これらのARは、パラメータの転送、データの周期的交換、アラームの処理など、さまざまな特性を持つ通信関係（CR）を定義するために使用されます。^{[1] ：4}

IOシステムのプロジェクトエンジニアリング^{[1] ：5  [2]}は、「外観と操作感」の点で Profibusとほぼ同じです。

• IO デバイスのプロパティは、デバイス メーカーによって GSD ファイル (General Station Description) に記述されます。このために使用される言語は、XMLベースの言語である GSDML (GSD Markup Language) です。GSD ファイルは、Profinet IO システムの構成を計画するための基礎としてエンジニアリング環境として機能します。
• すべてのProfinetフィールドデバイスは、隣接するデバイスを特定します。^{[1] : 8}これは、追加のツールや事前の知識がなくても、障害が発生した場合にフィールドデバイスを交換できることを意味します。この情報を読み取ることで、プラントトポロジをグラフィカルに表示し、より明確にすることができます。
• エンジニアリングはPROFINET Commander ^{[4]やPRONETA [5]}などのツールによってサポートされます。

Profinet は、クリティカルなアプリケーションでもますます使用されるようになっています。必要な機能が満たされないというリスクは常に存在します。このリスクは、信頼性^[6]分析によって特定された特定の対策によって軽減できます。主な目的は次の通りです。

1. 安全性:機能的安全性を確保します。障害が発生した場合、システムは安全な状態になる必要があります。
2. 可用性:可用性の向上。障害が発生した場合でも、システムは最低限必要な機能を実行できる必要があります。
3. セキュリティ:情報セキュリティはシステムの整合性を確保することです。

これらの目標は互いに干渉したり補完したりする可能性があります。

Profisafe ^[7]は、安全関連デバイス（緊急停止ボタン、ライトグリッド、過充填防止装置など）が、 IEC 61508に準拠した安全度水準3（SIL）、ISO 13849に準拠したパフォーマンスレベル「e」（PL） 、またはEN 954-1に準拠したカテゴリ4までの安全関連オートメーションタスクで使用できるように、Profinetを介して安全コントローラと安全に通信する方法を定義しています。

Profisafeはプロファイル^[8]、つまり特別な形式のユーザーデータと特別なプロトコルを介して安全な通信を実装します。これは、データ伝送エラーの可能性を減らすために、フィールドバスアプリケーション層の上に別の層として設計されています。Profisafeメッセージは、標準のフィールドバスケーブルとメッセージを使用します。これらは、基礎となる伝送チャネルのエラー検出メカニズムに依存せず、コントローラ内のバックプレーンやリモートI/Oを含む通信パス全体のセキュリティをサポートします。^[9] Profisafeプロトコルは、次のような エラーおよび障害検出メカニズムを使用します。

• 連続番号
• タイムアウト監視
• 送信元/送信先認証
• 巡回冗長検査(CRC)

IEC 61784 -3-3 規格 で定義されています。

高可用性^[10]は、工場自動化とプロセス自動化の両方において、産業自動化における最も重要な要件の1つです。自動化システムの可用性は、重要な要素に冗長性を追加することで向上できます。システム冗長性とメディア冗長性を区別することができます。

Profinet では、可用性を高めるためにシステムの冗長性を実装することもできます。この場合、同じ IO デバイスを制御する 2 つの IO コントローラが構成されます。アクティブな IO コントローラは、その出力データをプライマリとしてマークします。マークされていない出力データは、冗長 IO システム内の IO デバイスによって無視されます。エラーが発生した場合、2 番目の IO コントローラは、その出力データをプライマリとしてマークすることにより、中断することなくすべての IO デバイスを制御できます。2 つの IO コントローラがタスクを同期する方法は Profinet では定義されておらず、冗長制御システムを提供するさまざまなメーカーによって異なる方法で実装されています。

Profinet は、2 つのメディア冗長ソリューションを提供しています。メディア冗長プロトコル(MRP) を使用すると、プロトコルに依存しないリング トポロジーを作成できます。スイッチング時間は 50 ミリ秒未満です。これは、Profinet を使用した標準的なリアルタイム通信には十分な場合が多いです。エラーが発生した場合に時間遅延なしで冗長性を切り替えるには、シームレスなメディア冗長性コンセプトとして「計画的複製のためのメディア冗長性」(MRPD) を使用する必要があります。MRPD では、リング型トポロジーで周期的なリアルタイム データが双方向に送信されます。データ パケット内のタイム スタンプにより、受信側は冗長な重複データを削除できます。

ProfinetのITセキュリティコンセプト^[11]は、多層防御^[12]アプローチを前提としています。このアプローチでは、生産工場はファイアウォールを含む多層境界によって、特に外部からの攻撃から保護されています。さらに、ファイアウォールを使用して工場をゾーンに分割することで、工場内でさらなる保護が可能になります。さらに、セキュリティコンポーネントテストにより、Profinetコンポーネントが定義された範囲で過負荷に耐えられることが保証されます。^{[13]このコンセプトは、} ISO 27001に準拠したセキュリティ管理システムの枠組み内で生産工場に組織的な対策を講じることでサポートされています。

オートメーションソリューションに関係するデバイスがスムーズに相互作用するためには、それらの基本機能とサービスが一致している必要があります。標準化は、機能とサービスの拘束力のある仕様を持つ「プロファイル」^[14]によって実現されます。Profinetとの通信の可能な機能は制限されており、フィールドデバイスの機能に関する追加の仕様が規定されています。これらは、安全関連の動作（共通アプリケーションプロファイル）などのデバイスクラス間プロパティまたはデバイスクラス固有のプロパティ（特定のアプリケーションプロファイル）です。^[15]次の2つは区別されます 。

• ロボット、ドライブ（PROFIdrive）、プロセスデバイス、エンコーダ、ポンプなどのデバイスプロファイル
• 研究室技術や鉄道車両などの業界プロファイル
• IO-Linkシステムなどのサブシステムの統合のための統合プロファイル

PROFIdrive ^[16]は、駆動装置用のモジュラーデバイスプロファイルです。1990年代にメーカーとユーザーが共同で開発し、それ以来、Profibusと連携し、バージョン4.0からはProfinetとも連携して、最もシンプルな駆動ソリューションから最も要求の厳しい駆動ソリューションまで、あらゆる範囲をカバーしてきました。

もう 1 つのプロファイルはPROFIenergyで、エネルギー需要をリアルタイムで監視するサービスが含まれています。これは、工場のエネルギー使用を積極的に管理する標準化された方法を求めていたドイツの自動車メーカー ( Audi、BMW、Mercedes-Benz、Porsche、Volkswagen ) の AIDA グループによって 2009 年に要求されました。ロボット、レーザー、塗装ラインなどの高エネルギー デバイスとサブシステムがこのプロファイルの対象であり、予測可能な (週末やシャットダウンなど) および予測不可能な (故障など) 生産中断を考慮してデバイスを「スリープ」モードにインテリジェントに切り替えることで、工場のエネルギー コストを削減するのに役立ちます。

現代のプロセスデバイスは独自のインテリジェンスを備えており、オートメーションシステム内の情報処理の一部または全体的な機能を引き継ぐことができます。Profinetシステムへの統合には、^{[17] [18]}可用性の向上に加えて2線式イーサネットが必要です。

PAデバイスプロファイル^[19]は、プロセスデバイスのさまざまなクラスについて、プロセスからのセンサー信号から前処理されたプロセス値までの信号フローに通常使用されるすべての機能とパラメータを定義し、測定値のステータスとともに制御システムに読み出されます。PAデバイスプロファイルには、

1. 圧力と差圧
2. レベル、温度、流量
3. アナログおよびデジタル入力と出力
4. バルブとアクチュエータ
5. 分析機器

Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) ^[20]は、プロセス産業の要件に合わせて特別に開発された Ethernet 通信技術の物理層です。Ethernet-APL の開発は、高速かつ長距離の通信、共通の単一のツイストペア (2 線) ケーブルを介した電力と通信信号の供給、および爆発危険区域内での安全な使用のための保護対策の必要性によって決定されました。Ethernet APL は、Profinet をプロセス機器に組み込む可能性を開きます。

ProfinetはOSI参照モデルの異なる層^{[2] :15}で以下のプロトコルを使用します。

レイヤー1-2:デバイス接続としては、IEEE 802.3に準拠した100 MBit/s電気( 100BASE-TX )または光( 100BASE-FX )による全二重が主に推奨されています^[21]。クロスオーバーケーブルの使用を避けるため、すべての接続でオートクロスオーバーが必須です。IEEE 802.1Qからは、優先度タグ付きVLANが使用されます。したがって、すべてのリアルタイムデータには可能な限り最高の優先度6が与えられ、スイッチによって最小限の遅延で転送されます。

Profinet プロトコルは、任意の Ethernet 分析ツールで記録および表示できます。WiresharkはProfinet テレグラムをデコードできます。

リンク層検出プロトコル(LLDP) が追加パラメータで拡張され、近隣の検出に加えて、接続回線上の信号の伝播時間も通信できるようになりました。

レイヤー 3 ～ 6:接続のセットアップと非周期的サービスには、リモート サービス インターフェイス(RSI) プロトコルまたはリモート プロシージャ コール(RPC) プロトコルのいずれかが使用されます。RPC プロトコルは、 IP アドレスを使用するユーザー データグラム プロトコル(UDP) およびインターネット プロトコル(IP)を介して使用されます。アドレス解決プロトコル(ARP) は、重複した IP アドレスの検出によりこの目的のために拡張されます。検出および基本構成プロトコル(DCP) は、IP アドレスの割り当てに必須です。オプションで、動的ホスト構成プロトコル(DHCP) もこの目的に使用できます。RSI プロトコルでは IP アドレスは使用されません。したがって、フィールド デバイスのオペレーティング システムでは、 OPC 統合アーキテクチャ(OPC UA)などの他のプロトコルに IP を使用できます。

レイヤー 7:フィールドバス アプリケーション レイヤー(FAL)のサービスにアクセスするためのさまざまなプロトコル^[1]が定義されています。クラス A および B のアプリケーション用の RT (リアルタイム) プロトコルでは、サイクル タイムは 1 ～ 10 ミリ秒です。アプリケーション クラス C 用の IRT (アイソクロナス リアルタイム) プロトコルでは、ドライブ テクノロジ アプリケーションで 1 ミリ秒未満のサイクル タイムが可能です。これは、タイム センシティブ ネットワーキング(TSN) を介して同じサービスで実現することもできます。

Profinet IO の機能は、さまざまなテクノロジーとプロトコルによって実現されます。

Profinetの基本機能は、出力データのプロデューサーであるIOコントローラと、出力データのコンシューマーである複数のIOデバイス、および入力データのプロデューサーであるIOデバイスと、入力データのコンシューマーであるIOコントローラとの間の周期的なデータ交換です。^[1] IOコントローラとIOデバイス間の各通信関係IOデータCRは、データ数とサイクル時間を定義します。

すべての Profinet IO デバイスは、アラームの通信関係Alarm CRを介してデバイス診断とアラームの安全な送信をサポートする必要があります。

さらに、デバイスパラメータは、非周期通信関係レコードデータ CR を介して各 Profinet デバイスで読み書きできます。IO デバイスの一意の識別のためのデータセットである識別およびメンテナンスデータセット 0 (I&M 0) は、すべての Profinet IO デバイスにインストールされている必要があります。オプションで、追加情報を I&M 1-4 として標準化された形式で保存できます。

リアルタイム データ (周期データとアラーム) の場合、Profinet Real-Time (RT) テレグラムはイーサネット経由で直接送信されます。非周期データの送信には UDP/IP が使用されます。

アプリケーション リレーション (AR) は、IO コントローラと制御対象のすべての IO デバイスの間で確立されます。AR 内では、必要な CR が定義されます。Profinet AR ライフサイクルは、アドレス解決、接続の確立、パラメータ化、プロセス IO データ交換/アラーム処理、および終了で構成されます。

1. アドレス解決: Profinet IO デバイスは、Profinet ネットワーク上でステーション名によって識別されます。^{[注 1]接続の確立、パラメータ化、およびアラーム処理は、}ユーザー データグラム プロトコル(UDP)を使用して実装されます。このため、デバイスにもIP アドレスを割り当てる必要があります。ステーション名でデバイスを識別した後、IO コントローラは、事前に構成された IP アドレスをデバイスに割り当てます。
2. 接続の確立:接続の確立は、IO コントローラがIO デバイスに接続要求を送信することから始まります。接続要求は、IO コントローラと IO デバイス間のいくつかの通信関係(CR) を含むアプリケーション関係(AR) を確立します。 ^[2] AR と CR に加えて、接続要求は IO デバイスのモジュール構成、プロセス IO データ フレームのレイアウト、IO データ交換の周期レート、およびウォッチドッグを指定します。IO デバイスによる接続要求の確認により、パラメーター化が可能になります。この時点から、IO デバイスと IO コントローラの両方が周期的なプロセス I/O データ フレームの交換を開始します。この時点ではプロセス I/O データ フレームには有効なデータは含まれていませんが、ウォッチドッグの有効期限が切れないようにキープアライブとして機能し始めます。
3. パラメータ化: IO コントローラは、一般ステーション記述マークアップ言語(GSDML) ファイルに従って、各 IO デバイス サブモジュールにパラメータ化データを書き込みます。すべてのサブモジュールが設定されると、IO コントローラはパラメータ化が終了したことを通知します。IO デバイスは、アプリケーションの準備が整ったことを通知して応答し、プロセス IO データ交換とアラーム処理が可能になります。^[2]
4. プロセスIOデータ交換/アラーム処理: IOデバイスとそれに続くIOコントローラは、有効なプロセスI/Oデータを周期的に更新し始めます。IOコントローラは入力を処理し、IOデバイスの出力を制御します。^[2]イベントや障害が発生すると、アラーム通知はIOコントローラとIOデバイス間で非周期的に交換されます。^[1]
5. 終了:ウォッチドッグの有効期限が切れると、IOデバイスとIOコントローラ間の接続が終了します。^[2]ウォッチドッグの有効期限切れは、IOコントローラまたはIOデバイスによる周期的プロセスI/Oデータの更新に失敗した結果です。^[1] IOコントローラで接続が意図的に終了されない限り、IOコントローラはProfinetアプリケーション関係の再起動を試みます。

クラスAの基本機能に加えて、クラスBデバイスは追加機能をサポートする必要があります。^[1]これらの機能は主にProfinet IOシステムの試運転、操作、保守をサポートし、Profinet IOシステムの可用性を高めることを目的としています。

シンプル ネットワーク管理プロトコル(SNMP)によるネットワーク診断のサポートは必須です。同様に、Profinet の拡張機能を含む近隣検出用のリンク層検出プロトコル(LLDP) は、すべてのクラス B デバイスでサポートされている必要があります。これには、ネットワーク メンテナンス用の Ethernet ポート関連の統計の収集と提供も含まれます。これらのメカニズムにより、Profinet IO ネットワークのトポロジをいつでも読み出すことができ、個々の接続の状態を監視できます。ネットワーク トポロジがわかっている場合は、トポロジ内の位置によってノードの自動アドレス指定をアクティブ化できます。これにより、設定を行う必要がなくなるため、メンテナンス中のデバイス交換が大幅に簡素化されます。

IO システムの高可用性は、プロセス自動化およびプロセス エンジニアリングのアプリケーションにとって特に重要です。このため、既存の関係とプロトコルを持つクラス B デバイスに対して特別な手順が定義されています。これにより、2 つの IO コントローラーが同じ IO デバイスに同時にアクセスしてシステムの冗長性を確保できます。さらに、規定の手順である動的再構成(DR)があり、これは、これらの冗長関係を利用して IO デバイスの制御を失うことなく IO デバイスの構成を変更する方法です。

適合クラスC（CC-C）の機能には、主にアイソクロナスリアルタイム^[1]（IRT）プロトコルが使用されます。

帯域幅予約では、100 MBit/s の利用可能な伝送帯域幅の一部がリアルタイム タスク専用に予約されます。時間多重化方式に似た手順が使用されます。帯域幅は固定サイクル時間に分割され、さらにフェーズに分割されます。赤のフェーズはクラス Cリアルタイムデータ専用に予約され、オレンジのフェーズでは時間重視のメッセージが送信され、緑のフェーズではその他の Ethernet メッセージが透過的に渡されます。最大限の Ethernet テレグラムが透過的に渡されるようにするには、緑のフェーズの長さは少なくとも 125 μs である必要があります。したがって、変更されていない Ethernet と組み合わせると、250 μs 未満のサイクル時間は実現できません。

31.25 μs までの短いサイクル時間を実現するために、グリーン フェーズの Ethernet テレグラムはオプションでフラグメントに分割されます。これらの短いフラグメントはグリーン フェーズを介して送信されます。このフラグメント化メカニズムはEthernet 上の他の参加者には透過的であるため、認識されません。

帯域幅予約のためのこれらのバス サイクルを実装するには、スイッチを含むすべての参加デバイスの正確なクロック同期が最大 1 μs の偏差で必要です。このクロック同期は、IEEE 1588-2008 (1588 V2)標準に従って、Precision Time Protocol (PTP) を使用して実装されます。したがって、帯域幅予約に関与するすべてのデバイスは同じ時間領域にある必要があります。

複数軸の位置制御アプリケーションや、アプリケーションクラス4～6のPROFIdrive ^{[16]ドライブプロファイルに従った位置決めプロセスの場合、通信がタイムリーであるだけでなく、Profinet上のさまざまなドライブの動作も調整され、}同期される必要があります。アプリケーションプログラムをバスサイクルにクロック同期させることで、分散デバイス上で同期的に実行される制御機能を実装できます。

複数の Profinet デバイスが 1 列 (デイジー チェーン) に接続されている場合、ダイナミック フレーム パッキング(DFP)を使用して周期的なデータ交換をさらに最適化できます。このために、コントローラはすべてのデバイスのすべての出力データを 1 つの IRT フレームに入れます。通過する IRT フレームで、各デバイスはそのデバイス向けのデータを取り出します。つまり、IRT フレームはどんどん短くなります。さまざまなデバイスからコントローラへのデータについては、IRT フレームが動的に組み立てられます。DFP の優れた効率性は、IRT フレームが常に必要なだけ拡張され、コントローラからデバイスへのデータがデバイスからコントローラへのデータと同時に全二重で送信できることにあります。

クラス D はクラス C と同じサービスをユーザーに提供しますが、これらのサービスはIEEE によって定義されたTime-Sensitive Networking (TSN) のメカニズムを使用して提供されるという違いがあります。

リモートサービス インターフェイス(RSI) は、インターネット プロトコル スイートの代替として使用されます。したがって、このアプリケーション クラス D はIP アドレスとは独立して実装されます。プロトコル スタックはより小さくなり、将来のインターネット バージョン ( IPv6 ) とは独立します。

TSNは一貫性のある自己完結型のプロトコル定義ではなく、アプリケーションごとにほぼ任意に組み合わせることができる、さまざまな特性を持つさまざまなプロトコルの集合です。産業オートメーションで使用するために、サブセットはIEC / IEEE標準60802「産業オートメーション向けジョイントプロファイルTSN」にまとめられています。サブセットは、クラスDを実装するためにProfinet仕様バージョン2.4で使用されています。^[22]

この仕様では、次の 2 つのアプリケーションを区別します。

• モーション制御および分散制御技術のアプリケーション向けの、遅延時間が短く制限された等時性周期データ交換(等時性周期リアルタイム)
• 一般的な自動化タスクのための、遅延時間を制限した周期的なデータ交換（周期的リアルタイム）

アイソクロナスデータ交換では、参加者のクロックを同期させる必要があります。この目的のために、 TSN ^[23]との時間同期のためのIEC 61588準拠の高精度時間プロトコルの仕様がそれに応じて調整されます。

テレグラムは、 VLANタグで指定された優先度に従ってキューに配置されます。Time -Aware Shaper (TAS) ^{[24] は}、スイッチで個々のキューを処理するためのクロック パルスを指定します。これにより、アイソクロナスの周期的なデータが最高の優先度で送信され、周期的なデータがすべての非周期的なデータの前に 2 番目の優先度で送信されるタイム スロット手順が実現します。これにより、遅延時間が短縮され、周期的なデータのジッターも削減されます。優先度の低いデータ テレグラムが長時間続く場合は、優先度の高い周期的なデータ テレグラムによって割り込まれ、その後さらに送信されることがあります。この手順はフレーム プリエンプション^[25]と呼ばれ、CC-D では必須です。

Profinetインターフェースをコントローラまたはデバイスとして実現するには^{[26] 、共通の}イーサネットインターフェース（100BASE-TXまたは100BASE-FX）では満たせないProfinet（CC-AおよびCC-B）用の追加のハードウェア要件は必要ありません。よりシンプルなライントポロジを実現するには、デバイスに2ポートの スイッチを設置することをお勧めします。

クラス C (CC-C) デバイスの実現には、高精度時間プロトコル(PTP) による時間同期と帯域幅予約機能を備えたハードウェアの拡張が必要です。クラス D (CC-D) デバイスの場合、ハードウェアはIEEE 標準に従ってTime-Sensitive Networking (TSN) の必要な機能をサポートする必要があります。

実装方法^[27]は、デバイスの設計と性能、および予想される量によって異なります。代替案は次のとおりです。

• 社内開発^[28]またはサービスプロバイダーとの開発
• 既製のビルディングブロックまたは個別のデザインの使用
• 固定設計ASICで実行し、プラグイン モジュールまたはソフトウェア コンポーネントとしてFPGAテクノロジーで再構成可能です。

2000 年の Profibus ユーザー組織の総会で、イーサネットに基づくProfibusの後継についての最初の具体的な議論が行われました。そのわずか 1 年後、コンポーネント ベース オートメーション(CBA) の最初の仕様が公開され、ハノーバー フェアで発表されました。2002 年、Profinet CBA は国際標準IEC 61158 / IEC 61784 -1の一部となりました。

Profinet CBAシステム^[29]は、さまざまなオートメーションコンポーネントで構成されています。1つのコンポーネントには、すべての機械的、電気的、および情報技術変数が含まれます。コンポーネントは通常のプログラミングツールで作成できます。コンポーネントを記述するために、Profinetコンポーネント記述（PCD）ファイルがXMLで作成されます。計画ツールはこれらの記述を読み込み、個々のコンポーネント間の論理接続を作成してプラントを実装できるようにします。

Profinet CBA の基本的な考え方は、多くの場合、オートメーション システム全体を自律的に動作する、つまり管理可能なサブシステムに分割できるというものでした。構造と機能は、複数のプラントで同一またはわずかに変更された形で見つかる可能性があります。このようないわゆるProfinet コンポーネントは、通常、管理可能な数の入力信号によって制御されます。コンポーネント内では、ユーザーが作成した制御プログラムが必要な機能を実行し、対応する出力信号を別のコントローラーに送信します。コンポーネント ベースのシステムの通信は、プログラムではなく計画されます。Profinet CBA による通信は、約 50 ～ 100 ミリ秒のバス サイクル時間に適しています。

個々のシステムでは、これらのコンセプトをアプリケーションでどのようにうまく実装できるかが示されています。ただし、Profinet CBA は市場で期待どおりに受け入れられず、2014 年の第 4 版以降は IEC 61784-1 規格に記載されなくなります。

2003 年に Profinet IO (IO = Input Output) の最初の仕様が公開されました。市場で成功を収めたProfibus DP (DP = Decentralized Periphery) のアプリケーション インターフェイスが採用され、インターネットの最新プロトコルが補完されました。翌年には、アイソクロナス伝送による拡張が行われ、Profinet IO はモーション コントロール アプリケーションに適したものになりました。Profisafe は、Profinet 経由でも使用できるように調整されました。2004 年に AIDA ^[30]がProfinet に明確にコミットしたことで、市場で受け入れられるようになりました。2006 年に Profinet IO は国際標準IEC 61158 / IEC 61784 -2 の一部になりました。

2007年には、中立的な調査によると、すでに100万台のProfinetデバイスが設置されており、翌年にはこの数は200万台に倍増しました。2019年までに、さまざまなメーカーによって合計2,600万台^[31]のデバイスが販売されたと報告されています。

2019年には、Profinetの仕様がTime-Sensitive Networking（TSN）で完成し、^[32] CC-D適合クラスが導入されました。

• Powell, James; Vandelinde, Henry. 「プロセス フィールドバスの理解: Profibus と Profinet の紹介」PI North America、無料でダウンロードできます。

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• Xiu, Ji (2019-07-12). PROFINET の実践: インストール、メンテナンス、設計、システムエンジニアリング。独立出版。ISBN 978-1-07707-721-8。

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