《工业机器人与智能制造》课件36-4.4 工业以太网PROFINET

《先进制造技术》单元4

智能制造延时符单元4智能制造4.1智能制造概述4.2现场总线4.3Profibus总线4.4工业以太网PROFINET4.5工业机器人通信基础4.6PLC控制系统4.7任务-工业机器人输入输出（I/O）的接线工业以太网PROFINET1.工业以太网的提出及发展现场总线控制系统现阶段已经广泛应用在现场级别的通信与控制方面。由于技术的不断创新，智能设备也逐渐应用到现场总线控制系统中来，随着智能设备的不断增加，数据量的传输不断加大，导致传输瓶颈的出现，现场总线控制系统也达到其性能极限，需要新技术来进行扩充。1985年，IEEE802.3被采纳为以太网标准，西门子公司在SINECH1名下将其引入并用于工业中，从而诞生了工业以太网。工业以太网PROFINET其他各大公司也提出了具有各自特色的工业以太网技术，其中包括PROFINET、ControlNet、Modbus/TCP等，它们都有着工业以太网的特性。PROFINET作为工业以太网技术中的一种，是Profibus国际组织(PI)创新的基于以太网的开放标准。工业以太网PROFINET2.PROFINET概述PROFINET是用于实现工业以太网的集成和一体化的自动控制解决方案，它可以应用在基于工业以太网通信的分散式的现场级设备和需要苛求时间的应用集成，以及基于组件的分布式自动化系统的集成。PROFINET是一种基于工业以太网的自动化通信系统，也是一套全面的以太网标准，可以满足工业控制领域中使用以太网的所有需求。工业以太网PROFINETPROFINET标准提供了模块化概念，这个标准包含过程、实时通信、分布式现场设备、运动控制等多方面功能，可以为不同类型的应用提供最优的技术支持。工业以太网PROFINET通过代理，PROFINET可以使现场总线控制系统的不同设备间实现连接，无缝集成到现场总线控制系统网络中来，对于普通车间的扩展与升级来说，降低了升级成本，这也是PROFINET的一项重要功能。工业以太网PROFINET为了给不同类型的自动化应用提供最佳的技术支持，工业以太网PROFINET标准提供了两种解决方案。工业以太网PROFINET(1)集成分布式的PROFINETI/OPROFINETI/O是在工业以太网中实现分布式应用和模块化的通信标准，通过PROFINETI/O网络，支持现场设备和分布式I/O集成到工业以太网络中，所有使用的设备都可以连入一致的网络结构中来，生产车间中的所有通信模式是一致的。工业以太网PROFINET(2)PROFINETCBAPROFINETCBA即分布式自动化，它描述了未来工厂车间的自动化的场景。PROFINETCBA提供了一个可以预先确定技术模块的工具，解决了每一次重新使用设备系统模块的时候都不得不重复地对控制器进行调试及测试的问题。工业以太网PROFINET3.PROFINET的拓扑结构网络拓扑需要根据网络中设备单位的要求而设定，即随着传输介质空间结构的不同而改变。工业以太网PROFINET不同的网络拓扑结构会对网络传输能力有不同的影响，网络拓扑结构是由三种基本拓扑来组合而成的总线型、星形和环形。实际项目应用中由这三种基本拓扑结构混合搭接完成，在PROFINET网络系统中可以使用以下结构。工业以太网PROFINET（1）星形拓扑结构。星形拓扑结构是指每个站点设备都连接到位于中心节点的交换机，呈星形分布。它可以应用在设备密度高、覆盖范围不大、空间扩展小的领域中。工业以太网PROFINET（2）树形拓扑结构。由几个星形拓扑结构连接到一起就组成了树型拓朴结构。它可以将复杂设备的安装分成几个部分，作为自主设备来进行通信，树形拓扑结构的优点是层次清晰，网络传输能力高强，数据具有较好的安全性。工业以太网PROFINET（3）总线型拓扑结构。PROFINET网络结构类似于Profibus的总线型结构，所有通信设备都是串行连接的，应用安装在PROFINET网络中的交换机，实现PROFINET总线拓扑结构。总线型拓扑结构使用靠近连接端子的转换开关实现，它可以应用在需要扩展结构的总线系统中，也可以应用于最佳传送系统、装配线等设备。选择总线形结构可以减少布缆量。总线型拓扑结构的优点是布线简单，易于维护和修理。工业以太网PROFINET（4）环形拓扑结构。所有站点由一条环形电缆连接起来，就形成了环形拓扑结构。当系统需要具有高度可靠性，即为了防止发生电缆断开或网络部件故障时，可以应用环型拓扑结构。为了进一步增加网络的可靠性，可以选择带冗余的环形拓扑结构。环形拓扑结构的好处在于可以应对网络组件故障，增加设备的可靠性及有效性。工业以太网PROFINET4.PROFINET的通信在PROFINET中基于以太网的通信是可以缩放的，如图所示。在PROFINET中基于以太网的通信，具有三种不同的等级：可以缩放的PROFINET工业以太网PROFINET(1)用于非苛求时间数据的TCP/IP通信，它是一个普通TCP/IP等级，可用于I/O控制器与PC机间的通信，如参数配置和组态部分；(2)用于苛求时间过程数据的软实时SRT(SoftReal-Time),可以用在工厂自动控制领域；工业以太网PROFINET(3)用于时间要求特别严格的等时同步实时通信IRT(IsochronousReal-Time),它的时钟速率为1ms,抖动精度为1μs,主要用于有较高时间同步要求的场合，例如运动控制领域。可以缩放的PROFINET工业以太网PROFINETPROFINET标准的关键特性有以下几点：(1)同一网络中实时通信RT(Real-Time)与普通以太网通信可以同