第8章工业以太网和PROFINET-2

本章内容概述以太网和IEEE802.3因特网与TCP/IP工业以太网PROFINET

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.01现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua概述关于IEC61158标准缺陷问题的争论为什么会想到以太网和TC/PIP？应用广泛廉价对工业以太网的看法●工业以太网和PROFINET2007.2V2.02现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3以太网的产生起源：上世纪60年代后期到70年代早期，夏威夷大学的NormanAbramson开发出ALOHA网络争用技术，无冲突处理措施70年代中期，Xerox、Intel、Dec在PARC开发出一种基于ALOHA的LAN网络CSMA/CDEther的来历1980年，DIX联盟第1个版本DIX1.01982年，DIX联盟第2个版本DIX2.0IEEE802子委员会IEEE802.3的IEEE802.3规范实际情况●工业以太网和PROFINET2007.2V2.03现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3以太网的物理层命名原则信号速率（Mbit/s）带宽（基带或宽带）－长度（米）或电缆类型●工业以太网和PROFINET2007.2V2.04现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3以太网的物理层基带传输是指在一条线上只有一个信道，所有的数据传输只能使用这个信道，基带采用MANCHESTER编码。10BASE5是最早也是最经典的以太网标准1990年发布的10BASE-T是以太网发展史上的一个里程碑，它在双绞线上实现了10Mbit/s的数据传输。1992年发布的10BASE-F系列以太网使用的传输介质是光纤。1995年通过了快速以太网标准IEEE802.3u。1998年开始陆续发布了吉位（千兆位）以太网1000BASE系列，从2002年开始陆续发布了万兆以太网10GBASE系列。大多数的工业以太网技术都是基于快速以太网技术而开发的。控制网络的应用领域一般都是百兆以太网。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.05现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3以太网的数据链路层以太网的数据链路层分为媒体访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。MAC其任务是解决网络上的所有的节点共享一个信道所带来的信道争用问题；LLC其任务是把要传输的数据成帧，并且解决差错控制和流量控制的问题，从而在不可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。介质访问方式是CSMA/CD●工业以太网和PROFINET2007.2V2.06现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3●工业以太网和PROFINET3.以太网的数据链路层下图所示为IEEE802.3以太网MAC的帧格式。2007.2V2.07现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3●工业以太网和PROFINET3.以太网的数据链路层IEEE802.3的封装格式是在RFCl042中定义的,这里的RFC(RequestForComment)是指有关Internet的正式文档。以太网的MAC帧由7个域组成:前导码、帧前定界码、目的地址、源地址、长度、数据域以及循环冗余校验CRC。前导码用来表示数据流的开始,由7字节组成,每个字节都是二进制数1和0的交替代码10101010。它用于通知接收端即将有数据帧到来,使接收端能够利用Manchester编码的信号跳变来同步时钟。接下来的是1字节的帧前定界码SFD(StartFrameDelimiter),它用来指示数据帧的开始,该字节的编码形式为10101011。

2007.2V2.08现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3●工业以太网和PROFINET3.以太网的数据链路层目标地址和源地址都是由6字节组成。目标地址的最高位表示该地址是单播地址还是多播地址,如果为0,则表示该目的站点为单播地址;如果为1,则表示多播地址,即目的站点为多个地址的一组站点;如果目的地址的内容全为1,则表示该帧为广播帧,该帧发给网络上的所有站点。地址的次高位,表示该地址是全局地址还是局部地址,该位为0时表示全局地址;为1时表示局部地址。全局地址由IEEE分配,这样可以保证世界上没有任何两个节点地址是相同的;局部地址可以由网络管理员自行分配,只要保证网络内部没有两个节点地址是一样的就行了。接下来2字节的内容如果不大于1500,则表示的是它后面的数据区的长度,这时候数据的类型域位于它的数据域前面;如果不小于1536,这时候PDU的长度是固定的,用来表示类型,说明高层使用的协议,比如是IP协议还是IPX协议。

2007.2V2.09现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3●工业以太网和PROFINET3.以太网的数据链路层数据区的长度为0~1500字节,但为了冲突检测的需要,如果数据区的长度小于46字节,需要在后面加上一段填充段。数据域中真正的数据只有38~1492字节,其余的字节分别是:IEEE802.2中规定的目的服务访问点和源服务访问点各1字节，其值均为AAh;Ctrl字段的1字节,值为03h；Qrgcoda字段的3字节,其值均为OOh;另外的2字节紧贴在真正的数据段之前,用来表示数据域的数据类型。在帧的最后是循环冗余校验码,即4字节的CRC码。检验的范围从目的地址域开始到数据域结束。在发送时,发送站点边发送边计算得到32位的CRC码,并把它附在每一帧的后面。接收站点边接收边进行CRC校验,如果发现错误,则丢弃该帧。

2007.2V2.010现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施目的以太网技术用到工业自动化领域必须解决它固有的拥塞、竞争等问题。全双工以太网（full－duplexEthernet）专用以太网交换机使得全双工以太网成为可能。专用以太网交换机的使用有效地消除了竞争。连接到交换机的每一个节点都有它自己的专用网段。UTP中的一对用于传输数据，一对用于监听冲突。全双工节点可以同时传输和接收数据。数据优先权（dataprioritization）数据优先权涉及到为数据帧分配优先级

IEEE开发了新的数据链路层协议－IEEE802.1q是专为以太网而开发的。802.1q为以太网IEEE802.3提供了数据优先级的解决方案。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.011现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.1以太网和IEEE802.3解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施服务质量（QualityofService，QoS）为了解决以太网中的拥塞和竞争问题,除了保证有足够的带宽外，还必须保证传输延时(即等待时间)是可预测和有保障的,这就是QoS的实质。802.1q为具体的传输建立确定的参数（确定性问题），保证传输延时（即等待时间）是可预测和有保障的。但为了具备这种功能,IEEE802.3的帧必须改变即在它原有帧的源地址和长度之间插入一个4字节的IEEE802.1q的头,如下图所示。使用IEEE802.1q后解决了优先级的问题,但必须考虑由此而带来的和标准IEEE802.3设备不兼容的问题。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.012现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IP概述因特网的发展历程1969年，最早的因特网——ARPANET；20世纪80年代，因特网——NSFNET；20世纪90年代以后，商业因特网。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.013现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IP概述TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）实质为了解决网络互连的问题，人们制定了一系列的协议，其中最重要的协议就是TCP/IP，TCP/IP表示传输控制协议/因特网协议。规范地说，TCP/IP实际上是一个庞大的协议族，它不仅包括网络层和传输层的协议，也包括应用层的一些协议。APRANET的网络控制协议，它基于以下两个原则：一是物理网络不完全可靠高可靠性和高健壮性大大促进了TCP/IP的发展二是网络协议不能依赖于特定的硬件或软件使得TCP/IP可广泛地应用在各种硬件和软件平台上●工业以太网和PROFINET2007.2V2.014现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IP概述TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）TCP/IP的基本规范是由因特网之父VintonG.Cerf和PobertKahn在1974年共同编写的。1982年，ARPA将TCP/IP定为ARPANET的协议族，同时国防部也宣布其为军用标准。互联网即互联的网络集合，特别是使用TCP/IP的网络集合。而因特网就是连接起来的TCP/IP互联网。上世纪80年代，UNIX绑定了TCP/IP，NSF也命令组成NSFNET的所有NSF资助的超级计算机中心和计算机网络都将TCP/IP作为它们的网络通信协议。所有这一切基本上确定了TCP/IP在网络通信协议中的事实上标准的地位。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.015现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IPTCP/IP模型TCP/IP早，OSI晚TCP/IP没有按一种标准去开发设计，但最终成为公认的标准；OSI是国际标准，但最终使用者很少。TCP/IP只有4层，最下面的网络接口层实际上不是通常意义上的层，它仅仅是网络层和底层的接口。TCP/IP协议本身并没有数据链路层和物理层，在实际使用时，它借用其他通信网络上的数据链路层和物理层，TCP/IP协议通过它的网络接口和其他通信网络连接起来。正因为如此，TCP/IP才能作为因特网的基础，在多种局域网（如以太网）、多种广播网（如公共数据网）中广泛应用。TCP/IP模型:开始并没有什么“模型”，为了和OSI进行比较，才画出了一个模型。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.016现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IPTCP/IP各层的功能网络层该层包括网络接口层和因特网层

把数据包由源节点送到目的节点需要解决报文格式定义、路由选择、阻塞控制和网际互联等一系列问题。TCP/IP中的网络层是基于数据报文无连接的,每个数据报文都必须包含目的节点的地址

其工作原理是,源节点的传输层把要传输的数据流分为一个个的数据报文,交给网络层;网络层根据一定的算法,为每个数据报文单独选择路由;每个数据报文沿所选择的路由到达目的节点后,由目的节点的网络层拼装成原始的数据报文,然后上交给目的节点的传输层。

核心和灵魂是因特网协议IP，IP协议不保证服务的可靠性,它不提供任何核查或追踪功能,不检查报文的遗失或丢弃,端到端的差错控制及数据报流的排序等工作都由高层协议负责所以它一般和TCP配合使用（TCP是面向连接的）。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.017现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IPTCP/IP各层的功能网络层IP地址在因特网的数据传输中起着非常重要的作用,它用来在因特网中标识节点位置的节点地址。IPv4的节点地址由32位二进制数组成,分为4组,每组8位,中间用圆点隔开。因为我们很难读懂二进制数字,所以IP地址一般采用十进制数表示,如9就是一个IP地址。IP地址由主机标识(HostID)和网络标识(NetworkID)两部分组成。IPv4地址又分为5类(A、B、C、D、E),其中A、B、C类有实际应用。在A~C类IP地址中,明确规定了哪个部分表示网络ID,哪个部分表示主机ID。为了提高IP地址的使用效率,还可以把一个网络通过子网掩码划分为多个子网。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.018现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IPTCP/IP各层的功能网络层除IP外,网络层还包括其他一些重要协议,包括ARKRARP、ICMP和IGMP等,它们均是作为对IP的补充。地址解析协议(ARP)用于在已知IP地址的情况下确定物理地址。反向地址解析协议(RARP)用于在已知物理地址的情况下确定IP地址。因特网控制报文协议(ICMP)主要负责因路由问题而引起的差错报告和控制,也可用于网际测试。它是封装在IP数据报中传输的,部分弥补了IP在可靠性方面的缺陷。因特网组管理协议(IGMP)用于多目的传送设备之间的信息交换协议。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.019现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IPTCP/IP各层的功能传输层基本目的是为通信双方的主机提供端到端的服务，即为两个应用进程提供可靠而且合算的数据传输。要具备寻址、建立连接、拆除连接、流控制和缓存、多路复用、崩溃恢复等一系列的功能。传输层协议是端口对端口的。所谓的端口是某个应用进程用来存储数据的部件,是应用进程传输服务的入口点。应用进程和与之对应的端口之间的接口是由节点上的操作系统提供的。应用进程获取一个端口后,可以用通常的读写语句来访问它。每个端口都有惟一的端口号,该端口号可用于寻址。传输控制协议（TCP）

提供的是面向连接的、端到端的可靠的通信协议。TCP速度慢、效率低，但可靠性和安全性高。TCP通常和无连接的IP一起使用。用户数据包协议UDP

与TCP并行的一个独立协议，它和IP一样是无连接的协议，所以它的效率高，但不可靠。每个UDP报文中除了包含用户发送的数据外,还有报文的目的端口号和源端口号,从而UDP软件可以把报文传送给正确的接收者。UDP适合于在简单的交互场合使用。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.020现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.2因特网与TCP/IPTCP/IP各层的功能应用层基本目的是为通信双方的主机提供端到端的服务，即为两个应用进程它没有像OSI模型划分的那么细致和明确,但这也正是它简单易实现的优点之一。应用层有很多协议来满足不同应用的需要与TCP有关的应用：远程仿真终端协议(Telnet)、文件传输协议(FTP)、简单邮件传输协议(SMTP)、邮件协议(POP)。基于UDP的应用层协议有普通文件传输协议(TFTP)、网络文件系统（NFS）、简单网络管理协议（SNMP）、自举（引导）协议（BOOTP）和域名服务（DNS）。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.021现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.3工业以太网概述实质：基于以太网技术和TCP/IP技术开发出来的一种工业通信网络为什么还要发展和使用工业以太网？关于IEC61158经过十几年的制定现场总线国际标准的努力,虽不能说失败,但IEC611581毕竟是一个妥协的产物,多标准的局面就像4~20叫标准信号诞生前测量仪表的信号标准一样,给今天现场总线技术的推广和发展带来了非常不利的影响。虽然现场总线技术是开放的,其互换性和互操作性都很好，但大多数情况是针对某一种现场总线技术而言的,不同的现场总线技术之间虽说可以通过网关进行互联互通,但这时设备和装置之间的互换性和互操作性就基本上丧失了;现场总线的数据吞吐能力也比较低,在底层应用还没多大问题,但对于一些实时性要求非常高的应用场合,或在企业网络的高层实施信息综合和管理时,现场总线技术的局限性就显现出来了。所以,功能更强大、技术更普及、标准更统一的工业网络成为业界共同的追求。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.022现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.3工业以太网概述为什么还要发展和使用工业以太网？选择什么样的网络技术？显然以太网和TCP/IP是首选。以太网技术经过多年的发展,特别是在因特网中的广泛应用,使得它的技术更为成熟和完善。以太网和TCP/IP的结合成为IT行业中事实上的标准,它们得到了广大产品制造商和用户的普遍认同。所有这一切使得广大的用户了解和掌握了以太网及TCP/IP技术,另一方面支持它们的软硬件产品也非常丰富,从而使产品的价格低廉、质量优良。另外,以太网技术还在飞速发展,主流以太网已变为100Mb/s,1000Mb/s及10Gb/s以太网也已发布和使用,数据传输速度高满足了实时控制的要求和高层信息化的要求。现在绝大多数企业的局域网都使用以太网,如果在工业网络中也使用以太网技术,则可以使信息集成更为方便和简单,同时使得电子商务、电子制造的实现也更加方便,最重要的是使得整个工业控制网络的结构变得简单了。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.023现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.3工业以太网2.需要解决的问题通信的实时性问题以太网是一种非确定性的网络,它采用CSMA/CD的介质访问控制方式,其本质上是非实时的,平等竞争的介质访问方式不能满足工业自动化领域的实时性要求。所以非实时性和不确定性是以太网在工业控制系统中使用的最大障碍和致命弱点。

对环境的适应性和可靠性问题以太网是按办公条件的环境来设计的,而工业现场的环境条件在温度、湿度、振动、拉伸强度、电磁干扰等方面都比办公环境条件恶劣。所以必须对以太网的安装方式、设备等进行改进,才能适应工业环境条件的要求。总线供电问题在学习PRORBUS-PA和AS-i时,我们接触到了总线供电的概念。采用总线供电可以减少网络电缆,降低安装的复杂性和费用,使网络和系统的易维护性得以提高。在环境恶劣和危险的场合,总线供电更能显示出其必要性和重要性。目前的以太网还不能满足总线供电的要求。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.024现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.3工业以太网2.需要解决的问题本质安全与防爆问题工业现场存在易燃、易爆和有毒等场合,这时就必须采用一定的防爆技术来保证工业现场的安全生产。在以太网中,现有的交换机、传输介质和现场设备要用到有本质安全要求的工业现场,还需要在低功耗设计和技术方面采取措施。其他问题以太网要想真正用到工业现场,还存在不少其他问题,如设备之间的互操作性、网络的安全性及远距离传输等,这些问题的存在制约着工业以太网技术的应用进程。另外,现场级的工业以太网产品的价格问题也是一个重要的因素,它们和现场总线设备相比,到底有多大的优势,也都是要考虑的问题。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.025现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.3工业以太网工业以太网的现状技术上的改造针对以上以太网在工业现场使用面临的问题,现已出现了不少解决方案。如对以太网的数据链路层进行改进来实现实时性和确定性的要求,当然对其只是小改进或者变相的改进,而不能改动最基本的CSMA/CD介质访问方式,不然就改变了以太网的性质;采用能满足工业现场要求的连接方式来满足现场设备的安装和可靠性要求;至于在以太网上实现总线供电和防爆等技术还在进一步的开发和研究之中。

大公司增加开发力度许多大公司都提出了工业以太网的实现方案,并且也陆续推出了自己的产品。比较有影响的如FF的高速以太网HSE、Rockwell公司的以太网工业协议Ethernet/IP、SIEMENS公司的PROFINET、Schneider公司的MODBUS/TCP,以及IDA集团的分布式自动化接口(IDA,InterfaceforDistributedAutomation)等。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.026现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.3工业以太网工业以太网的现状几种主要的工业以太网Ethernet/IP

ODVA、CI和IEA三个国际组织在2000年联合推出的,Rockwell公司是它的主要支持者。基于以太网技术、TCP/IP技术和CIP技术，因此它兼具工业以太网和CIP网络的优点。HSE2000年3月29日,FF发布了HSE的技术规范,即HSEFS1.0版,200012月又发布了第2版,

HSEFS1.1。HSE采用基于以太网（IEEE802.3）＋TCP/IP＋H1的六层结构。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.027现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINET概述1999年底，PI——PROFINET;2000年底，成为IEC61158-10;2002年，第一个软件包；基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准，是一种实时以太网技术，同时它无缝地集成现有的现场总线系统，从而使现在对于现场总线技术的投资得到保护。支撑技术多，集成的功能强●工业以太网和PROFINET2007.2V2.028现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINET的通信通信模型●工业以太网和PROFINETPROFINET的物理层采用了快速以太网的物理层,数据链路层采用的也是IEEE802.3的标准,但采取了不少改进措施;网络层和传输层采用了IP/TCP/UDP,OSI中的第5层、第6层未用,根据分布式系统中PROFINET控制对象的不同,应用层分为无连接的和有连接的两种。

2007.2V2.029现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINET的通信通信概览通信等级不同的应用对象对通信的实时性要求不同,如一些过程参数的设定值、报警上下限设定值等就没有特别的实时性要求;对实际过程参数采样值和控制值除进行循环更新外,还必须满足一定的实时性(一般要求小于10ms)要求;而对运动控制系统来说,对实时性的要求更高,而且对抖动时间也有要求,这种情况下,必须采用等时同步控制方式才能解决问题。可以进行缩放的模型,对不同的应用采取不同的通信方案。使用TCP/UDP和IP，解决非苛求时间的数据通信，如组态和参数赋值；使用软实时（SRT）技术，解决苛求时间的数据通信，如自动化领域的实时数据；使用等时同步实时（IRT）技术，解决对时间要求严格同步的数据通信，如运动控制。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.030现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINET的通信通信概览通信通道模型通信采用的是生产者（Provider）和消费者（Consumer）方式，数据提供者(例如现场的传感器等)把信号传送给消费者(例如PLC主站),然后消费者根据控制程序对数据进行处理后,再把输出数据返送给现场的消费者(比如执行器等)

影响数据循环周期的因素分析，提高响应速度，缩小循环时间的方法。图中的ΔT1是数据在提供者处检测采集和在消费者处进行处理的时间,属于循环时间的范围,但这段时间和通信协议无关;ΔT2是数据通过数据提供者一端的通信堆栈进行编码和消费者一端通信堆栈进行解码所需要的时间;ΔT3是数据在介质上传输所需时间，对于100Mb/s的以太网，ΔT3可以忽略不计。由此可以看出,解决工业以太网实时性的关键技术就是减少数据通过通信堆栈所占用时间的问题。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.031现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINET的通信通信概览通信通道模型通信通道模型及其实质TCP/IP或UDP/IP都不能满足过程数据循环更新时小于10ms的要求,对以太网中影响实时性和确定性的因素也必须改进才能满足工业自动化领域的要求。标准的IT应用层协议可用予PROFINET和MES、ERP等高层网络的数据交换,开放的标准TCP/UDP/IP通道可用于设备的参数化、诊断数据读取等。实时通道SRT用予高性能的数据通信,如循环数据传输和事件控制信号等。等时同步实时通道IRT用于抖动时间小于1μs的等时模式。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.032现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINET的通信通信概览实时通信机理通过软件的方法来完成实时通道的功能去除一些协议层，减少文本长度；提高通信双方传输数据的确定性，把数据传输准备就绪的时间减至最小；（EtherType和FrameID）采用IEEE802.1q标准，增加对数据流传输优先级处理环节。（VLANTag）PEOFINET把实现RT功能的VLAN标志嵌入到了以太网的帧结构中，VLAN由4字节组成,其中有表示优先级的3位。在RT帧中有两个最重要的协议元素,一个是以太网类型(EtherType),PROFINET使用以太网类型的Ox8892表示该帧是RT帧,该类型是由IEEE指定的区别于其他协议的惟一标准;另外一个是帧ID码(FrameID),它用来编址两个设备间的特殊的通信通道。仅使用FrameID就可以快速选择和识别RT帧而不需要任何多余的帧头标志。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.033现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINET的通信通信概览等时同步实时改进快速以太网的层2协议，使用IEEE1588的PTP（精确时间协议）实现同步。在IRT中的循环周期中,时间被分成两部分,即时间确定的等时通信部分和开放性的标准通信部分。对时间要求苛刻的实时数据在时间确定性通道中传输,而对时间要求不高的数据(如TCP/IP报文)在开放性通道中传输。IRT通道就像专门留给实时数据的专用高速公路,即使它再空闲,别人也不能使用。

等时同步数据传输的实现基于硬件，具备此功能的ASIC具有用于实时数据的循环同步和数据间隔控制功能。基于硬件的实现方案能够获得极高的顺序精度控制要求,同时也释放了承担PROFINET识别通信任务的CPU的负担。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.034现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETIO概述相当于PROFIBUS-DP；只不过把过去设备上的PRORBUS-DP接口更换成PROFINET接口就行了。带PROFINET接口的智能化设备可以直接连接到网络中,而简单的设备和传感器可以集中连接到远程I/O模块上,通过I/O模块连接到网络中。PROFINETIO可以做到:容纳范围广。从小的设备、装置、子系统到复杂的网络系统都可以连接到PROFINET中;提供强大的实时循环通信功能;快速传输消息;提供层次清晰的诊断信息;快速检测和修正临时或永久性的错误;驱动时间短；容易安装;能够抵御极端的环境条件。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.035现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETIOPROFINETIO的组成IO控制器一般由PLC来担任IO控制器,系统运行时,自动循环执行写在PLC中的用户控制程序。IO控制器相当于PROFIBUS-DP中的主站。

IO监视器用户可以使用IO监视器进行组态、编程,然后把它们下载到IO控制器中。IO监视器也可以用来对系统进行诊断、分析,相当于PROFIBUS-DP中的中的2类主站。

IO设备是分散于控制现场的各种装置、设备或子系统,相当于PROFIBUS-DP中的从站。三种设备的通信关系●工业以太网和PROFINET2007.2V2.036现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETIOPROFINETIO的工作过程设备模型由模块、槽和通道组成；所有的通道都可以被认为是一个整体单元由一个控制器控制;每一个通道也可以单独操作,由不同的控制器控制。

GSD文件：用XML编写ID号：16位制造商标识符、16位设备标识符工作过程●工业以太网和PROFINET2007.2V2.037现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETIOPROFINETIO的工作过程通信关系（CR）和应用关系（AR）在系统启动时,控制器使用一个连接帧来'建立控制器和IO设备之间的AR,在建立AR时,控制器完成了以下工作:

PROFINET中的数据交换是通过各种通信关系CR实现通信关系的建立在应用关系建立后完成初始化工作：建立控制器和IO设备之间的AR把有关AR的参数传递给IO设备；建立起各种CR，并把CR的参数传递给IO设备；设备模型的匹配；建立起报警CR，并把其CR的参数传递给IO设备。靠交换几组报文来完成的

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.038现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETIOPROFINETIO的工作过程在PROFINET中,可以有多个AR,但至少必须有两个AR,即控制器和IO设备之间的AR,以及监视器和IO之间的AR。每个AR中可以有多个CR,CR的多少由FrameID和EtherType决定。

三种基本的CR非循环CRs：它是最先建立起来的CR，它用来传递组态数据、启动参数、诊断数据等对时间要求不苛刻的数据。I/OCRs：它用来在控制器和IO设备之间循环交换实时I/O数据。报警CR：它用来传递报警信息，是非循环的。初始化工作完成后,整个系统就进入到了正常工作阶段。初始化工作完成后,整个系统就进入到了正常工作阶段。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.039现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETCBA概述基于组件的自动化CBA（Component-BasedAutomation）技术是一种实现分布式（Distributed）装置、机器模块、局部总线等设备级智能模块自动化应用的概念。实质：

CBA的控制对象是一个整体的装置、智能机器或系统，它的I/O之间的数据交换在它们内部完成，这些智能化的大型模块之间通过标准的接口相连，进而组成大型系统。产生原因：在工业生产过程中存在着许多功能相同的装置或工艺过程相似的环节，自动化领域的发展已进入到了创建模块化装置和机器的阶段。举例●工业以太网和PROFINET2007.2V2.040现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETCBA概述好处大大减少了设计工作量；组件之间只需少量的接口完成级联；每个模块都具有高度的自治性，从测试到诊断都无需对整个系统进行操作；单个的组件调试可提前进行，从而使系统总体调试简单化；系统维护变得容易。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.041现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETCBA工艺技术模块和组件模块定义：生产实际中，每个独立的环节在组成上都有相似的地方，那就是它们都是由机械、电气/电子设备和控制逻辑（软件）来实现其功能的。由这些要素构成的整体单元就是工艺技术模块（technologymodule）。组成：一个工艺技术模块代表的是一个专用的组件，它包括机械的、必需的电控装置和相关的软件。划分原则必须周密地考虑在不同使用设备中的可复用性、成本和实用性。不能过小、过细；也不能过大、过粗。

●工业以太网和PROFINET2007.2V2.042现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETCBA工艺技术模块和组件模块举例从用户的角度出发,工艺技术模块必须具有可操作的功能,即通过接口从外部对其进行操纵。所以PROFINET组件就是用户可从外部操作的工艺技术模块,也就是具备外部接口的工艺技术模块。下图所示就是PROFINET组件表示填充工艺技术模块的例子。每个组件有一个接口,它包含多个能与其他组件进行交换或用其他组件激活的变量,PROFINET组件接口是按照IEC61499来规定的。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.043现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYonghua8.4PROFINETPROFINETCBA现场设备的结构定义：现场设备是组件的另外一种称谓，在最简单的情况下，CBA就是现场设备。但是，也可以把多个现场设备组合成一个组件。现场设备的组成：下图为现场设备的结构示意。●工业以太网和PROFINET2007.2V2.044现场总线技术及应用教程