empowering communication

PROFINET IRT: When Real-Time is not enough

Why do I need PROFINET IRT?

Industrial communication protocols such as PROFINET, EtherCAT and Ethernet/IP are classified as real-time communication protocols. These protocols can already achieve cycle times as low as 1 millisecond and jitter between 10 and 100 microseconds.

In some cases, however, even this level of performance isn’t enough. The fact of the matter is: it takes time to transmit and process data. In certain applications, it is critical that this time be precisely synchronized to ensure that production steps are performed correctly.

This is particularly true in motion control, where the demands for speed and performance in data communication have increased to the point where the cycle times of standard real-time PROFINET are no longer fast enough, and other key metrics such as jitter and determinism no longer meet the required standards.

For example, a robotic arm must be in a precisely defined position at a specific time to pick up or process a part. If the arm is even slightly early or late, the process can be severely disrupted. In such cases, the transmission and processing of data must be both fast and reliable.

PROFINET IRT is used wherever standard real-time communication reaches its limits and extremely accurate synchronization at exceptionally high speeds in data communication are required.

The inside of a factory with a conveyor belt and grey boxes. On the right side is the PROFINET logo.
How Does PROFINET IRT Work?

PROFINET IRT requires strict determinism in the transmission of specific data packets within the network. This means that data must be received, processed, and forwarded in a precise sequence within a predetermined time frame, without being affected by delays such as network collisions or jitter.

To do this, a PROFINET IRT network allocates specific time slots for handling time-critical data. For instance, if 20% of the network traffic is reserved for IRT communication, i.e., PROFINET IRT, the network traffic is divided into five time segments:

  • One segment is dedicated to IRT communication
  • The remaining four segments are reserved for regular real-time communication

In this case, the network operates as a standard PROFINET network 80% of the time. During the remaining 20%, only PROFINET IRT-relevant data packets are processed, ensuring synchronized and deterministic transmission. While IRT communication is taking place, regular PROFINET data packets are buffered and processed when the IRT time segment is complete.

A picture with numerous columns lined up in it. Every fifth column is labeled IRT, while the rest is labeled RT.
For this system to work effectively, a PROFINET IRT network must meet two essential requirements:
Synchronization across all IRT devices

A consistent synchronization cycle must be maintained across all PROFINET IRT devices. This is managed by a high-precision clock that is shared by all devices. This and additional mechanisms such as the Precision Time Protocol (PTP) are defined in the IEEE 1588 standard. PROFINET IRT extends this standard with the Precision Transparent Clock Protocol (PTCP). PTCP not only maintains a shared clock between PROFINET IRT devices, but also calculates delays between network switches and the associated wiring.

An icon of acomputer display with a loading icon in the middle.
Buffering capabilities

Additional circuitry within the network switch is required to buffer any non-IRT Ethernet traffic received during the designated IRT communication time.

PROFINET IRT with Hilscher & netX

In order to meet the requirements of such time-critical data communication, it is necessary to intervene on layer 1 and layer 2 of the OSI model, in particular on the MAC layer. This is necessary so that the network devices can provide the IRT time segments during which the Ethernet communication is converted to a TDMA (Time Division Multiple Access) medium. The rest of the time, during regular PROFINET communication, the data transmission works as a standard CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detect) medium.

Hilscher is one of the few suppliers worldwide to offer PROFINET IRT for controller applications. This is made possible by Hilscher’s netX communication controllers, which are developed together with the corresponding protocol software.

Transport LayerSession LayerPresentation LayerApplication LayerNetwork LayerDataLink LayerPhysical LayerModified Ethernethardware-based RTEHTTP, SNMP, SMTP, FTP, LDAP and similarIE Protocols likePROFINET, EtherCAT, ...Specific Real-Timehardware and functions(for example PROFINETIRT, Sercos, EtherCAT,Powerlink or TSN)Ethernet PHYTransport LayerSession LayerPresentation LayerApplication LayerNetwork LayerDataLink LayerPhysical LayerLegacy FieldbusStandard Ethernethardware-based RTEIP-Multicast IPEthernet MACEthernet PHYHTTP, SNMP, SMTP, FTP, LDAP and similarIE Protocols likePROFINET RT, EtherNet/IP(CIP), Modbus, ...UDPTCP

netX enables PROFINET IRT

Hilscher addresses this challenge with its netX technology. The netX controllers feature a unique xC structure on OSI layers 1 and 2. Using these programmable microcontrollers and Hilscher’s PROFINET protocol stack, the behavior of a PROFINET network can be defined on the first two OSI layers.

A graphical representation of the netX Basic technology switch architecture 100Mbit.

Flexible microcode from Hilscher

A key feature of netX is that this behavior isn’t hardcoded, but can be flexibly adjusted via microcode. With the microcode provided by Hilscher, users have access to the interface between layer 2 and layer 3.

A graphical representation of the netX Basic technology switch architecture 100Mbit.

If you already have a PROFINET solution in place, the first step is to check whether your hardware is IRT-capable. In most cases, it is not, as both hardware and software must meet specific requirements to transmit data according to the IRT standard. These requirements go beyond what is needed for most industrial applications and are typically only needed in high-performance systems, such as those used in motion control or robotics. Unfortunately, many PROFINET-enabled devices are not compatible with PROFINET IRT. In the worst case, a PROFINET IRT network will have to be treated and developed completely separate from your existing installations.

PROFINET and PROFINET IRT with netX

netX technology makes the transition much easier. The necessary PROFINET IRT configurations are already integrated in our standard PROFINET stack, and every netX communication controller comes with the required xC structure. You don’t need to make any changes to either your hardware or software. All you need to do is configure your network.

The same also applies to other network technologies such as EtherCAT. Thanks to the multiprotocol capability of netX, the same hardware can also support EtherCAT.

 

A black square with netX written on it on colorful background. On the right side is a PROFINET logo.

Different cable lengths introduce additional jitter, a physical property that is unavoidable and requires special attention when implementing a PROFINET IRT network.

For example, a data packet sent over a 10-cm cable will have a shorter transmission time than one sent over a 100-meter cable. These different cable lengths and the resulting jitter during data packet transmission must be taken into account in a PROFINET IRT network to ensure that the controller can properly manage the devices on the network.

Hilscher provides a handy tool called the Topology Editor that allows users to map their plant layout and account for the cable lengths connecting their devices.

What devices are suitable for PROFINET IRT?

Devices that meet the requirements for PROFINET IRT are classified as Conformance Class C (CC-C) as part of the PROFINET certification process. This class covers clocked communication with cycle times as low as 32.5 microseconds. CC-C is the most advanced and demanding conformance class for PROFINET. There are other conformance classes as well: CC-A, the basic class, supports “normal” real-time communication, acyclic real-time transmission, and standard TCP-IP Ethernet. CC-B builds on CC-A by adding support for the Simple Network Management (SNMP) protocol. The classes are cumulative, i.e., CC-C not only supports IRT communication, but also includes all features of CC-A and CC-B.

Hilscher’s netX technology is fully compliant with Conformance Class C, as our PROFINET stack already includes all necessary software functions. On the hardware side, our netX communication controllers are also equipped for IRT applications as standard.

PROFINET conformity classABC
Real-time data exchange with cycle times of up to 1 ms
  •  
  •  
  •  
Alarm and diagnostic functions
  •  
  •  
  •  
Support for network topology
  •  
  •  
  •  
SNMP support 
  •  
  •  
Real-time data exchange with cycle times down to 31.25µs  
  •  

 

Our PROFINET PC cards

Carte PC PCI Express - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC PCI Express pour plage de température étendue - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Mini PCI Express half size - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC M.2 2230 Key A+E - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC M.2 3042 Key B+M - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel avec connecteurs M12

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

PC card M.2 2242 Key B+M - Real-Time Ethernet

Communication for PC-based automation

Carte PC PCI Express profil bas - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC PCI Express profil bas avec NVRAM - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Mini PCI Express avec NVRAM - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Mini PCI Express - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel avec connecteurs M12

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Mini PCI Express avec NVRAM et plage de température étendue - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Mini PCI Express sans dissipateur thermique - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Mini PCI Express pour plage de température étendue - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC PCI - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Compact PCI - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Carte PC Mini PCI - Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Interface réseau déportée Ethernet temps réel avec connecteurs M12

Communication dédiée à l'automatisation sur base PC

Our embedded modules for PROFINET

DPM du module de communication - Ethernet temps réel

Module de communication flexible dédié à l'automatisation

Module de communication SPI - Esclave Ethernet temps réel

Module de communication flexible dédié à l'automatisation

DPM du module de communication - Ethernet temps réel

Module de communication flexible dédié à l'automatisation

Module de communication SPI - Esclave Ethernet temps réel

Module de communication flexible dédié à l'automatisation

Carte d’évaluation comX

Plateforme de développement pour tous les types de comX

Système sur module (SoM) netX 90 - Pile de protocoles préchargée

Design netX 90 ultra compact - entièrement testé et préchargé

Système sur module (SoM) netX 90 avec mémoire supplémentaire - Pile de protocoles préchargée

Design netX90 ultra compact - entièrement testé et préchargé

Carte d'évaluation netRAPID H90 - Ethernet temps réel et bus de terrain

Équipée d'un NRP H90-RE\F8D8

Système sur module (SoM) netX 51 avec mémoire supplémentaire -- Esclave Ethernet temps réel

Design netX prêt à souder de la taille d’un timbre poste

Carte d'évaluation netRAPID 51 - Ethernet temps réel

Équipée d'un NRP 51-RE

Système sur module (SoM) netX 52 avec transformateur - Esclave Ethernet temps réel

Design netX prêt à souder de la taille d’un timbre poste

Carte d'évaluation netRAPID 52 - Ethernet temps réel

 

Module interchangeable PCI Express - Ethernet temps réel

Peut être monté à tout moment et en n'importe quel point de la chaîne de distribution

Module interchangeable SPI - Esclave Ethernet temps réel

Peut être monté à tout moment et en n'importe quel point de la chaîne de distribution

Module mémoire à double accès interchangeable - Ethernet temps réel

Peut être monté à tout moment et en n'importe quel point de la chaîne de distribution

Carte d'évaluation pour les versions netJACK avec mémoire à double accès (DPM)

Pour toutes les versions netJACK avec mémoire à double accès ou SPI

Carte d'évaluation pour les versions netJACK avec PCI Express

Pour toutes les versions netJACK avec PCI Express

Module IC de communication DIL-32 pour câble à fibre optique - Périphérique PROFINET IO

Communication pour appareils esclaves simples avec interface à fibre optique

Module IC de communication DIL-32 sans dissipateur thermique - Esclave Ethernet temps réel

Communication pour appareils esclaves simples sans processeur hôte attitré

Module IC de communication DIL-32 - Esclave Ethernet temps réel

Communication pour appareils esclaves simples sans processeur hôte attitré

Carte d'évaluation netIC avec câble à fibre optique - PROFINET IO-Device

Plate-forme d'évaluation netIC avec câble à fibre optique

Module IC de communication DIL-32 pour câble à fibre optique - Périphérique PROFINET IO

Communication pour appareils esclaves simples avec interface à fibre optique

Carte d'évaluation netIC - Esclave Ethernet temps réel

Une seule plate-forme d'évaluation pour tous les systèmes Ethernet temps réel

Module IC de communication DIL-32 - Esclave Ethernet temps réel

Communication pour appareils esclaves simples sans processeur hôte attitré

Our gateways for PROFINET

Media Switch SPE vers RTE

Connecte les réseaux Single Pair Ethernet à des protocoles Ethernet temps réel

Passerelle CANopen vers Ethernet

Passerelle d'entrée de gamme à coût optimisé pour conversions simples

Passerelle esclave CC-Link IE Field vers périphérique PROFINET IO

Couplage de données entre CC-Link IE Field et PROFINET

Passerelle Ethernet temps réel vers DeviceNet

Passerelle haut de gamme pour les conversions exigeantes

Passerelle PROFIBUS DP vers Ethernet

Passerelle d'entrée de gamme à coût optimisé pour conversions simples

Passerelle Ethernet temps réel vers Ethernet temps réel

Transmission de données entre deux réseaux Ethernet temps réel

Passerelle Ethernet temps réel vers Modbus RTU, 3964R ou série (ASCII / programmable)

Passerelle haut de gamme pour les conversions exigeantes

Passerelle DeviceNet vers Ethernet

Passerelle d'entrée de gamme à coût optimisé pour conversions simples

PROFINET / PROFIBUS Proxy dans un connecteur

Mise à niveau d'un esclave PROFIBUS vers PROFINET

Passerelle série (ASCII) ou Modbus RTU vers Ethernet

Passerelle d'entrée de gamme à coût optimisé pour conversions simples

Passerelle Ethernet temps réel vers esclave CC-Link

Passerelle haut de gamme pour les conversions exigeantes

Passerelle Esclave CC-Link vers Ethernet

Passerelle d'entrée de gamme à coût optimisé pour conversions simples

Passerelle Ethernet temps réel vers Ethernet

Passerelle haut de gamme pour les conversions exigeantes

Passerelle Ethernet temps réel vers PROFIBUS DP

Passerelle haut de gamme pour les conversions exigeantes

Passerelle Ethernet temps réel vers CANopen

Passerelle haut de gamme pour les conversions exigeantes

Réseau Ethernet LAN Contrôleur PROFINET IO

Réseau Ethernet LAN Contrôleur PROFINET IO pour rail DIN

Réseau Ethernet LAN Ethernet temps réel multiprotocole

Réseau Ethernet LAN maître Ethernet temps réel pour rail DIN

Passerelle périphérique PROFINET IO vers SmartWire-DT

Connectivité SmartWire-DT avec les systèmes PROFINET Ethernet temps réel

Related links
A photo collage showcasing various Hilscher products

Des produits clé en main aux solutions hautement intégrées et logiciels associés, Hilscher est votre partenaire pour tout ce qui touche la communication industrielle. Découvrez comment nous pouvons vous aider à faire passer la mise en réseau de vos machines au niveau supérieur !

Communication controllers and printed circuit boards are extensively tested at Hilscher in Germany.

Grâce à nous, la communication industrielle devient réalité. Du bus de terrain d’ancienne génération à l'Ethernet temps réel et au cloud. Nos solutions sont multiprotocoles, fiables et flexibles. Venez découvrir nos technologies logicielles et matérielles netX, mais aussi la manière dont nous mettons les données machine à votre disposition grâce à notre plateforme IIoT netFIELD.

A photo of the male and female customer support phone operator with different internationality
Customer Center / Sales: Hilscher France S.a.r.l.

You've got questions? We've got the answers!