profinet基本知识

1、PROFINE基本知识作者：INTERBUS，2005-8-910:31:00发表于：现场总线论坛共有3人回复，897次点击加为好友发送留言工业以太网是当今工业通信发展最为迅速的技术，PROFINET是真正的实时工业以太网，可以实现在各种不同场合的应用，完成各种不同需求的控制任务。从传输协议角度上，PROFINET!数据分为：NRTRT、和IRT三种不同的类型；从应用角度上，PROFINE分为：CBA和I/O，以此来实现工业控制的一网到底的革命。产品的生命周期越来越短，自动化领域的发展日新月异。当今自动化技术的发展正日益受到信息技术（IT）以及已确立的标准（例如：TCP/IP和XML的重大影响

2、。在这种形势下，近年来现场总线技术也不断在飞速发展，并发生着重大的革新。来自用户越来越多的需求，例如：项目的投资保护；工艺技术模块化；节约工程设计和投运的成本等等，在这种形式下，PROFIBUS国际组织便提岀了一个基于以太网的新的自动化标准PROFINET。PROFINET!个整体的解决方案，它使用TCP/IP和IT标准，符合基于工业以太网的实时自动化体系，覆盖了自动化技术的所有要求；能够实现与现场总线的无缝集成。更重要的是PROFINE所有的事情都在一条电缆中完成，IT服务和TCP/IP开放性没有任何限制；它可以满足.用于所有客户需要的统一的通信；从高性能到等时同步可以伸缩的实时通信。现在已

3、经成为现场总线国际标准IEC-61158的第10类型。PROFINET用于实现基于工业以太网的集成、一致的自动化解决方案。支持用以太网通信的简单分散式现场设备和苛求时间的应用的集成，以及基于组件的分布式自动化系统的集成。为完成这一面向各种控制对象的需求，PROFINE1在通信方式上根据通信目的不同而采用3种不同的性能等级：通过TCP/UDP/IP在标准通道上发送非苛求时间的数据，例如：参数、组态数据和互连信息。这满足自动化层与其它网络（MESERF）的连接需求。PROFINET使用以太网和TCP/UDP/IP协议作为通信基础。TCP/UDP/IP是IT领域在通信协议方面的事实上的标准。TCP/

4、UDP/IP提供了使以太网设备能够通过本地和分布式网络的透明通道中进行数据交换的基础。对于生产装备内苛求时间的过程数据的传输，它采用实时通道（RT：Realtime）。作为基于可用控制器的软件来实现的。在工厂自动化领域，实时应用需要刷新/响应时间范围在510ms内。经验指岀，与设备中的处理时间相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太网线路上的传输时间是可以忽略不计的。在提供者的应用中可提供数据的时间是不受通信影响的。这就是说，在刷新时间以及实时响应中任何重大的改进主要可通过发布者和使用者通信栈的优化来达成。PROFINET中的实时通信通道就为了能满足自动化中的实时要求，此通道基于以太网（层

5、2）。此解决方案显著地减少了通信栈所占用的运行时间，从而提高了过程数据刷新速率方面的性能。PROFINET用快速以太网，快速以太网中已集成全双工模式切换技术，并已进行了标准化。通过优先级优化数据传输在PROFINE中，不仅最小化了控制器中的通信栈，而且也对网络中数据的传输进行了优化。为了能在这些情况下达到一种最佳结果，在PROFINE冲按照IEEE802.1Q将这些数据包区分优先级。设备之间的数据流则由网络组件依据此优先级进行处理。优先级6（Priority6）是用于实时数据的标准优先级，由此也就确保了对其它应用的优先级处理。对于同步应用，PROFINE采用等时同步实时通信（IRT：Isoch

6、ronousRealtime），它允许在时钟速率为1ms时，抖动精度为1卩s实时通道RT解决方案对于运动控制应用还远远不够。运动控制应用要求刷新速率在1ms,100节点的连续循环的抖动精度为1卩m。为了满足这些需求，PROFINET在快速以太网的层2协议上已定义了时间间隔控制的传输方法IRT。通过具备上述精度的参与设备（网络组件和PROFINET设备）的时间同步化，可在网络中规定时间片，在此时间间隔内传输自动化任务所必需的关键数据。通信循环被分成两个部分，即：时间确定性部分和开放性部分。循环的实时报文在时间确定性通道中传输，而TCP/IP报文则在开放性通道中传输。这种处理方法可与高速公路媲美，

7、最左边的车道总是为时间要求最紧迫的车辆（实时通信）而保留的，由此防止其它车道上的用户（TCP/IP通信）占用此车道。甚至在右边车道交通拥塞的情况下也绝不能影响时间要求紧迫的车辆的交通。等时同步数据传输的实现基于硬件。基于硬件的实现能够获得所要求的异常重要的顺序精度要求，同时也解放了承担PROFINET设备通信任务的处理器。这就免除了烦琐的计算，从而可为自动化任务提供解决方案。这3种性能等级的PROFINETS信覆盖了自动化应用的全部范围。PROFINET通信标准的特性包括以下方面：在一根通信线路上同时使用实时通信和基于TCP的IT通信。标准化的实时协议适用于所有应用、分布式系统中组件之间的通信

8、以及控制器与分散式现场设备之间的通信。从一般性能到高性能和时间同步的可缩放的实时通信。在实现分布式过程采用基于组件的自动化概念（CBA）：PROFINETS件模型对于具备可编程功能的智能现场设备和自动化设备来说非常理想。组件模型将机器或装备的自治模块描述为工艺技术模块。基于工艺技术模块而开发的分布式自动化系统简化了装备和机器的模块化设计，从而显著地简化了装备和机器零部件的重复使用。因此大量地减少了工程设计成本。基于组件模型的PROFINET通过PCD（PROFINETComponentDescription）来描述。它是一个XM文件，并可以使用制造商特定的组态工具的组件生成器或PROFINET

9、组件编辑器来创建。分布式自动化装备的工程设计分为：各个工艺技术模块的控制逻辑的编程（制造商特定的组态工具）和整个装备的工艺技术组态，后者决定这些工艺技术模块之间的通信关系。分散式现场设备（PROFINETIO）分散式现场设备通过PROFINETIO集成。这采用通常的PROFIBUSDP的IO,从而可将现场设备的IO循环地传输给PLC的过程映象。在PROFINETIO描述的设备模型中，现场设备的特性通过基于XM的GSD（GeneralStationDescription）文件来描述。在其他方面如：Web功能的集成：We集成允许在以太网上访问PROFInet设备：PROFInet选择使用已经实践证

10、明的标准技术如：http,HTML和XML通过统一的站点（Web-Sites）来定义设备信息、诊断及报告功能，无需工程工具就可以方便查询并确定差错。对于设备的访问可通过类似于微软的InternetExplorer那样的标准浏览器。IT集成：网络管理覆盖了在以太网网络中PROFINET设备管理的所有功能。这包括设备和网络组态、网络诊断。对于Wet集成，PROFINET采用基于以太网的技术，而且借助互联网的标准技术可访问PROFINET组件。为了获得与其它系统范围的开放链接，PROFINET采用OPCDA和D凡网络拓扑：针对要连网单元的要求而定。PROFINET网络拓扑有：星型、线型、树型和环型结

11、构。实际的系统是由混合结构组成，可以用铜缆或光缆实现。网络安装：PROFINET网络安装依据工业环境下以对太网网络的特殊要求给设备制造商提供清晰的设备接口规范和布线要求。PROFINET安装导则”给装备制造商/操作人员提供以太网网络安装的简单规则。作为下一代的现场总线，PROFINE需要能够集成许多成熟的正在使用的现场总线。由于IT技术的应用，在PROFINE方案中保护投资也起着至关重要的作用。PROFINE能集成现有的现场总线系统（例如INTERBUSPROFIBUS，且无需修改现有设备。这就保护了所有投资者的现有投资。PROFINET可以从现有的现场总线解决方案（例如：INTERBUSPR

12、OFIBUSDP）到基于以太网的PROFINET勺无缝转换。PROFINET提供2种集成现场总线系统的方法：通过代理服务器的现场总线设备集成：在此情况下，代理服务器代表以太网上较低层的现场设备。采用代理服务器方案，PROFINET提供了从现有设备到新安装的设备之间的全透明转换。整个现场总线应用的集成：一个现场总线段代表一个自包含的PROFINET组件，该组件代表的是在较低层操作现场总线（例如：INTERBUS、PROFIBUSDP的PROFINE设备。由此，较低层现场总线的所有功能以组件的形式保存在代理服务器内。然后这些功能就在以太网上可供使用了为了满足所有自动化的需求，PROFINET还吸纳

13、了多年积累的现场总线和工业以太网的技术决窍，从一开始就决定了PROFINE采用开放的标准、现有设备的简单处理和集成的定义。PROFINET持续不断的开发为用户带来了长远的前景。对于用户来说，采用PROFINET可降低安装、工程和投运的成本。对于业主来说，由于运用了自适应的子单元，PROFINET简化了装备的扩展并提高了装备的可用性。拥有PROFINET作为系统和机械制造商：由于自适应的模块而具有更高的可用性；由于并行地投运，减少了投运时间；可管理的设备特定的详细信息提供简化的诊断，使从设计到运行更快捷。作为系统集成商：由于从现场级到企业管理级的开放性标准化的通信，可自由选择供应商；由于模块化，

14、可容易地扩展开放的工程系统。由于自适应的子系统，具有高度的系统可用性；通过集成现有的系统和设备，投资得到了保护；由于采用已认证的设备而获得高质量标准。PROFINET远远不仅仅是以太网，而是自动化领域的开放的解决方案。PROFINET规定了强大功能，从网络安装到基于web诊断的整个自动化解决方案的实现。PROFINET的模块化结构可非常容易地扩展和包含其它功能。PROFINET提供标准化的独立于制造商的工程接口。它能够方便地把各个制造商的设备和组件集成到单一系统中。设备之间的通信链接以图形形式组态，无需编程。以下是对PROFINE基本知识的回复：共有3人回复分页:1xiaolifeidao：引

15、用加为好友发送留言2005-10-2714:02:00PROFINE源自PROFIBU现场总线国际组织(PI)的开放的自动化总线标准，是新一代基于以太网技术的工业通讯解决方案。在办公网络世界中，以太网(Ethernet)是毫无争议的领先者，其市场占有率远远超过其他类型的局域网技术。不过，过去的十几年间，在工厂自动化和过程自动化领域中，现场总线才是现场级通讯系统中主流的解决方案。现场总线技术能够保证控制器之间以及控制器和分布式I/O之间实现快速、可靠的数据传输，同时可以大大地节约布线、调试及维护的成本。不过，随着技术的不断进步和发展，传统现场总线越来越多的表现出了其本身的局限性。一方面，随着现场

16、设备智能程度的不断提高，控制变得越来越分散，分布在工厂各处的智能设备之间以及智能设备和工厂控制层之间需要连续的交换控制数据，导致现场设备之间数据的交换量飞速增长；另一方面，随着计算机技术的发展，企业希望能够将底层的生产信息整合到统一的全厂信息管理系统当中，于是企业的信息管理系统需要读取现场的生产数据，并通过工业通讯网络实现远程服务和维护，因此纵向一致性成为热门的话题，客户希望管理层和现场级能够使用统一的、与办公自动化技术兼容的通讯方案，这样可以大大的简化工厂控制系统的结构，节约系统实施和维护的成本。基于这样的需求，以太网技术开始逐渐从工厂和企业的信息管理层向底层渗透，以太网技术开始广泛的应用于

17、工厂的控制级通讯。在自动化世界中使用以太网解决方案有几个显著的优势：统一的架构、集成的通讯以及强大的服务和诊断功能。从目前工业自动化控制领域的情况来看，以太网技术取代现场总线是工业控制网络发展的必然趋势。不过，将以太网技术应用于工厂的生产控制过程中并不是一个简单的移植过程。在将以太网技术引入到控制级通讯的过程中，为了满足工业控制系统的特殊需求，如现场环境、拓扑结构、可靠性等要求，对普通的办公室以太网作出了许多重要的调整和补充，以保证以太网技术在工业现场应用的可靠性，即我们常说的工业以太网。目前，在控制级通讯网络领域中，工业以太网解决方案已经得到了广泛的认可和接受，企业和工厂也充分享受到了高性能

18、的通讯网络带来的便利和收益。尽管如此，工业以太网技术在向最底层的现场级控制系统渗透时遇到了难以克服的障碍通讯的实时性和确定性。与普通的办公室网络和控制级的工业以太网不同，在现场级网络中传输的往往都是工业现场的I/O信号以及控制信号，从控制安全的角度来说，系统对这些来自于现场传感器的I/O信号要能够及时获取，并及时的作出相应的响应，将控制信号及时准确的传递到相应的动作单元中，因此，现场级通讯网络对通讯的实时性和确定性有极高的要求。这也正是普通的工业以太网技术在现场级通讯网络中难以和现场总线技术抗衡的重要原因。在现场级通讯网络中，传输时间是十分重要的衡量因素。为了保证通讯的实时性，需要对信号的传输

19、时间做精确的计算。当然，不同的现场应用对通讯系统的实时性有不同的要求，在衡量系统实时性的时候，我们一般使用响应时间作为系统实时性的一个标尺。根据响应时间的不同，我们把工厂内的应用分为三大类：对大多数的工厂应用来说，10100ms的响应时间就足够了，这个要求使用工业以太网技术及适当的软件驱动就可以实现。PROFINETV就使用这样的技术来实现分布式控制。对于传感器和执行器设备之间的数据交换，510ms的响应时间就可以满足系统的要求。为此，PROFINETV2提供了提供了一个优化的、基于软件的通讯通道，通过这个通讯通道，PROFINE可以获得等同、甚至超过传统现场总线系统的实时性能。我们使用RT(

20、Real-Time)来标识基于软件的实时技术。在现场级设备中，对通讯实时性要求最高的是运动控制(MotionControl)。运动控制对通讯网络提岀了极高的要求，例如在包装机械和印刷机械中，其循环时间要小于1ms，抖动误差要小于1衽，以此来保证及时的、确定的响应。对于这样苛刻的实时要求，我们使用基于PROFINETV3的解决方案。PROFINETV3的实现基于等时实时(IsochronousReal-Time,IRT)技术。对于PROFINETV3网络，为了保证高质量的等时通讯，所有的网络节点必须很好的实现同步。这样才能保证数据在精确相等的时间间隔内被传输，网络上的所有站点必须通过精确的时钟同

21、步以实现同步实时以太网。例如：通过规律的同步数据实现通讯循环的同步，其精度可以达到微秒级。这个同步过程可以精确的记录其所控制的系统的所有时间参数，因此能够在每个循环的开始实现非常精确的时间同步。这么高的同步水平单纯靠软件是无法实现的，想要获得这么高精度的同步实时，必须依靠网络第二层中硬件的支持，即西门子IRT等时实时ASIC芯片。在PROFINETV3中，每个通讯周期被分成两个不同的部分，一个是循环的、确定的部分，称之为实时通道；另外一个是标准通道，标准的TCP/IP数据通过这个通道传输。在实时通道中，为实时数据预留了固定循环间隔的时间窗，而实时数据总是按固定的次序插入，因此，实时数据就在固定的间隔被传送，循环周期中剩余的时间用来传递标准的TCP/IP数据。两种不同类型的数据就可以同时在PROFINE上传递，而且不会互相干扰，实现了P