工业控制网络
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0433K2002
ERTEC 400
0433K2002
功能性
PROFINET 实时 IEEE 1588 ARM 946 处理器 4-口交换机 PCI-接口
更强,更高的性能 MC 控制器 Real-time 交换机
应用
ASIC 技术
交货 开始
0.15 µm 技术 外壳封装 19x19
EPA
Ethernet/IP
EPA是Ethernet for Process Automation的缩写，它是顺应广大仪器 仪表开发企业与最终用户的要求，将 Ethernet、TCP/IP等商用计算机通信领 域的主流技术直接向下延伸，应用于工 业控制现场设备（如变送器、执行机构、 现场I/O等）间的通信，并在此基础上， 建立的应用于工业现场设备间通信的开 放网络通信平台，从而用以太网统一企 业信息化系统中从底层的现场设备层到 上层的控制层、管理层的通信网络，即 所谓的“E（Ethernet）网到底”。
抗干扰能力强，适应严酷的 工业生产环境。
04
快速的网络故障定位与诊断。
01
Ethernet 实 时 通 信 服 务 质 量 支持策略
02
满足通信一致性和互可操作 性的应用层、用户层协议规 范
03
网络可用性
04
网络安全性
05
本质安全与安全防爆 技术
以太网用于工业领域的关键问题
传统以太网由于采用载波监听多路
在一根电缆上的无约束的IT服务和实时数据传输
时 事 通 讯
PROFInet
Internet
工厂自动化
PROFINET
运动控制
100ms
10ms
<1msFra Baidu bibliotek
IT-服务
TCP/IP Real-Time
过程数据
非实时 相应时间大约 100 ms
实时 (RT)
同步实时 (IRT)
性能类似于当前的现场总线 轮询周期 < 1ms，抖动精度<1µs
HSE(High Speed Ethernet，高速 以太网)。FF现场总线HSE是现场总线 基金会在摒弃了原有高速总线H2之后 的新作。FF现场总线基金会明确将HSE 定位成实现控制网络与互联网 Internet的集成。由HSE链接设备将H1 网段信息传送到以太网的主干上并进 一步送到企业的ERP和管理系统。操作 员在主控室可以直接使用网络浏览器 查看现场运行情况。现场设备同样也 可以从网络获得控制信息。
D型
B型
可同时进行通信和24V供电。
电缆与连接器的连接方法 名称 TD+ TDRD+ 功能 发送数据 发送数据 接收数据 导线颜色 黄 橙 白 RJ45 1 2 3 M12 1 3 2
混合连接器
RD-
接收数据
蓝
6
4
ProfiNet主要包括三方面技术
(1) 基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系 统； (2) 规定了Profibus和标准以太网之间的开放、 透明通信； (3)提供了一个包括设备层和系统层、独立于制 造商的系统模型。
BusSystems
Proxy
Ethernet
proxy
Profibus
Protocol 第三方现场装置
TCP/IP DCOM ACCO ProfiNet控制器
TCP/IP DCOM ACCO ProfiNet现场装置
DP ProfiNet现场装置
现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(Proxy)连接到ProfiNet网 络当中，使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在ProfiNet中应用。
遵循 IEEE 802.3 标准化的报文格式 符合 IEEE 的PROFINET 实时信息帧 0x0800: IP 信息帧 0x8892: PROFINET 实时信息帧
协 议
REAL-TIME
根据接收数据帧的ID来分配 轮询传输 (过程值) 事件触发传输 ( 报警 和 事件) 状态信息 设备和数据状态 (e.g. 运行, 停止, 错误)
2005年末系列供货
0.15 µm 技术 外壳封装 19x19
2005年中系列供货
标准功能；
ERTEC交 换 机 的 功 能
IEEE 802.1 D 桥, IEEE 802.1 Q VLAN 支持 IEEE 1588
实施功能；
精确周期同步
通讯系统日志 最小交换延时 捆绑直通和存贮转发功能
01
兼容性好，适合于解决控制 系统中不同厂商设备的兼容和互 操作等问题。
02
技术特点
数据传输速率高、传输距离 远，具有10～100M/bits的自适 应传输速率，传输距离最大可达 150km。
03
04
可以通过Internet对企业生 产进行远程监控。实现办公自动 化网络与工业控制网络的无缝连 接，实现企业管控一体化。
适用范围 固定设备 偶尔移动的设备 经常移动的设备 船用设备
GP2×2 A型
传 输 介 质
黄色/橙色用于发送信号，白色/蓝色用于接收信号。
RJ45连接器
连接器
M12连接器
混合连接器
RJ45连接器
IP20防护FC型(工业中常用)
IP20防护普通型
IP67防护型
M12连接器 (4芯)
A型
3
4
2
1
自动化网络管控平台，建立以工业控制网络技术为基础
的企业信息化系统。
业厂商。
几种常见的工业以太网
HSE
PROFInet
PROFInet包含3方面 的技术： ① 基于通用对象模 型(COM)的分布式自 动化系统； ② 规定了Profibus 和标准以太网之间 的开放、透明通信； ③ 提供了一个包括 设备层和系统层、 独立于制造商的系 统模型。
以太网信息帧 (max. 1526 Bytes)
Preamble Sync Source MAC 6 bytes Dest. MAC 6 bytes Priority Tagging* 4 bytes Ethertype 2 bytes Frame ID 2 bytes Process data up to 1440 bytes Status Information 4 bytes FCS 4 bytes
与
的 比 较
采用标准TCP/IP 与以太网作为连接 介质，采用标准 TCP/IP协议加上应 用层的PCM/DCOM来 完成节点之间的通 信和网络寻址。可 以同时挂接传统 Profibus系统和新 型的智能现场设备。
ProfiNet工程师站 COM DOM TCP/IP
标准应用
COM DCOM TCP/IP
可靠的无连接数据报传输服务，不 提供报文到达确认、排序以及流量 控制等功能，因此报文可能会丢失、
本质安全
主要是本质安全和网络安全。工业以太网由
于工作在工业环境之中，因此必须考虑本质安全 问题；另外，由于使用了TCP/IP，因此可能会向 商业网络一样，被病毒、黑客等非法入侵与非法
重复以及乱序等。
操作而产生安全威胁。
自由中断冗余
实时预处理
目前PROFINET支持百兆以太网100BASE-TX， 采用两对双绞屏蔽线(GP2×2系列)作为短距离 信号传输。
传 输 介 质
IE FC电缆GP2×2型系列
名称 GP2×2 A型 GP2×2 B型 GP2×2 C型 GP2×2 船用
特点 单股导体 较软电缆 软电缆 耐腐蚀
通信确定性与实时性
快速以太网 交换式以太网技术 全双工通信又使得端口间两 对双绞线(或两根光纤)上分别 同时接收和发送报文帧，也不 会发生冲突
工业以太网技术
稳定性与可靠性
专门开发和生产了导轨式集线器、交换 机产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗 余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。 特别设计用于连接工业应用中具有以太 网络接口的工业设备
工业控制网络
工业以太网和PROFInet
（课程期末结课汇报）
C
目 录 ONTENTS
0 1 0 2
工业以太网
0 3 0 4
PROFInet的通信技术
PROFInet
应用案例
Part one
工业以太网
第 一 章
工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点 在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站 之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无
PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一代总 线系统—PROFINET。因全球知名的自动化设备制 造商的支持，2000年底，PROFINET正式成为了
IEC61158标准的第10种现场总线。
PROFINET是一种基于工业以太网和IT标准的
现场 总线通信系统，具有比PROFIBUS更多的优点，
以 太 网 用 于 工 业 领 域 的 关 键 问 题
Part two
PROFInet
第 二 章
PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一 代总线系统—PROFINET。因全球知名的自动化 设备制造商的支持，2000年底，PROFINET正式 成为了IEC61158标准的第10种现场总线。
概述
设备
设备
设备
设备
设备
设备
设备
Enhanced Real-Time Ethernet Controller (ERTEC) 芯 片 实 现 实 时 性
用
ERTEC 200
PROFINET 实时 IEEE 1588 ARM 946 处理器 2-口交换机 PHY 集成
单设备 兼容现场设备
200
特点：
集成PROFINET CPU 2个嵌入式快速以太网PHY 主机CPU接口：SPI从接口，8或16位并行 SPI主接口：与SPI从接口直接连接 GPIO：48个GPIO引脚与数字外设信号直接连接 IRT桥接延迟小于3 µs 时间戳分辨率：2.5 ns 共享内存接口 配置：基于Windows的软件工具
TPS-1 PROFINET IO器件芯片的主要规格
概述：
集成PROFINET IO协议栈、CPU、RAM和PHY 集成具有8个优先级的IRT交换机（2个外部端口） 并行和串行主机接口 采用PROFINET 2.3版本，支持RT和IRT，符合性等级C BGA封装：15 mmx15mm/ 1 mm间距 功耗：800 mW （平均值）
缝集成。虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，
但是工业以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全 性和数据完整性有很高的要求。
工业以太网
工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点在于
利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的 相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。 虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，但是工业 以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全性和数据完 成性有很高的要求。 随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各 行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含 从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合 工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以 太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构， 有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足 了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有的第成本、 高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造
PROFINET PROFIBUS
名称 最大传输速率 数据传输方式 网络拓扑结构 一致性数据范围 网段长度 主站个数 诊断功能 运动控制 设备的网络定位 使用成本
PROFINET 100Mbit/s 全双工 星型、线型、树型 254字节 100m 无限制 强 响应速度快 能 高
PROFIBUS 12Mbit/s 半双工 线型 32字节 100m 多主站会影响速率 弱 响应速度慢 不能 低
7 bytes 1 byte
以太网标准数据
使用端对端交换技术的原因 世界通讯技术发展的最高水平
PROFINET 使 用 交 换 技 术
有着进一步发展的前景
防止碰撞
全双工传输,平行数据交换 QoS ( 优先实时数据信息)
交换集成在设备里
简化设备安装 减少网络布线
控制器 控制器
访问/冲突检测的通信方式，在实时性要 求较高的场合下，重要数据的传输会产 生传输延滞。
网络传输介质在用于传输数字信号
的同时，还为网络节点设备提供工作电 源，成为总线供电。工业以太网的总线 供电问题还没有完美的解决方案。
通信实时性 问题
总线供电
对环境的适 应性与可靠 性的问题
以太网若采用UDP，它提供不
因而在自动化控制领域中得到越来越广泛地应用。
常见网络结构
PC机
以太网接口
HMI
PN
双绞线
工业交换机 双绞线
PN
PN
PN
S7-300
S7-400
ET200S
星型
常见网络结构
PC机
以太网接口 PN
HMI S7-300
PN PN PN
双绞线 ET200S
PN PN PN
S7-400
PN
线型
要求使用带有交换功能的设备！
ERTEC 400
0433K2002
功能性
PROFINET 实时 IEEE 1588 ARM 946 处理器 4-口交换机 PCI-接口
更强,更高的性能 MC 控制器 Real-time 交换机
应用
ASIC 技术
交货 开始
0.15 µm 技术 外壳封装 19x19
EPA
Ethernet/IP
EPA是Ethernet for Process Automation的缩写，它是顺应广大仪器 仪表开发企业与最终用户的要求，将 Ethernet、TCP/IP等商用计算机通信领 域的主流技术直接向下延伸，应用于工 业控制现场设备（如变送器、执行机构、 现场I/O等）间的通信，并在此基础上， 建立的应用于工业现场设备间通信的开 放网络通信平台，从而用以太网统一企 业信息化系统中从底层的现场设备层到 上层的控制层、管理层的通信网络，即 所谓的“E（Ethernet）网到底”。
抗干扰能力强，适应严酷的 工业生产环境。
04
快速的网络故障定位与诊断。
01
Ethernet 实 时 通 信 服 务 质 量 支持策略
02
满足通信一致性和互可操作 性的应用层、用户层协议规 范
03
网络可用性
04
网络安全性
05
本质安全与安全防爆 技术
以太网用于工业领域的关键问题
传统以太网由于采用载波监听多路
在一根电缆上的无约束的IT服务和实时数据传输
时 事 通 讯
PROFInet
Internet
工厂自动化
PROFINET
运动控制
100ms
10ms
<1msFra Baidu bibliotek
IT-服务
TCP/IP Real-Time
过程数据
非实时 相应时间大约 100 ms
实时 (RT)
同步实时 (IRT)
性能类似于当前的现场总线 轮询周期 < 1ms，抖动精度<1µs
HSE(High Speed Ethernet，高速 以太网)。FF现场总线HSE是现场总线 基金会在摒弃了原有高速总线H2之后 的新作。FF现场总线基金会明确将HSE 定位成实现控制网络与互联网 Internet的集成。由HSE链接设备将H1 网段信息传送到以太网的主干上并进 一步送到企业的ERP和管理系统。操作 员在主控室可以直接使用网络浏览器 查看现场运行情况。现场设备同样也 可以从网络获得控制信息。
D型
B型
可同时进行通信和24V供电。
电缆与连接器的连接方法 名称 TD+ TDRD+ 功能 发送数据 发送数据 接收数据 导线颜色 黄 橙 白 RJ45 1 2 3 M12 1 3 2
混合连接器
RD-
接收数据
蓝
6
4
ProfiNet主要包括三方面技术
(1) 基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系 统； (2) 规定了Profibus和标准以太网之间的开放、 透明通信； (3)提供了一个包括设备层和系统层、独立于制 造商的系统模型。
BusSystems
Proxy
Ethernet
proxy
Profibus
Protocol 第三方现场装置
TCP/IP DCOM ACCO ProfiNet控制器
TCP/IP DCOM ACCO ProfiNet现场装置
DP ProfiNet现场装置
现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(Proxy)连接到ProfiNet网 络当中，使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在ProfiNet中应用。
遵循 IEEE 802.3 标准化的报文格式 符合 IEEE 的PROFINET 实时信息帧 0x0800: IP 信息帧 0x8892: PROFINET 实时信息帧
协 议
REAL-TIME
根据接收数据帧的ID来分配 轮询传输 (过程值) 事件触发传输 ( 报警 和 事件) 状态信息 设备和数据状态 (e.g. 运行, 停止, 错误)
2005年末系列供货
0.15 µm 技术 外壳封装 19x19
2005年中系列供货
标准功能；
ERTEC交 换 机 的 功 能
IEEE 802.1 D 桥, IEEE 802.1 Q VLAN 支持 IEEE 1588
实施功能；
精确周期同步
通讯系统日志 最小交换延时 捆绑直通和存贮转发功能
01
兼容性好，适合于解决控制 系统中不同厂商设备的兼容和互 操作等问题。
02
技术特点
数据传输速率高、传输距离 远，具有10～100M/bits的自适 应传输速率，传输距离最大可达 150km。
03
04
可以通过Internet对企业生 产进行远程监控。实现办公自动 化网络与工业控制网络的无缝连 接，实现企业管控一体化。
适用范围 固定设备 偶尔移动的设备 经常移动的设备 船用设备
GP2×2 A型
传 输 介 质
黄色/橙色用于发送信号，白色/蓝色用于接收信号。
RJ45连接器
连接器
M12连接器
混合连接器
RJ45连接器
IP20防护FC型(工业中常用)
IP20防护普通型
IP67防护型
M12连接器 (4芯)
A型
3
4
2
1
自动化网络管控平台，建立以工业控制网络技术为基础
的企业信息化系统。
业厂商。
几种常见的工业以太网
HSE
PROFInet
PROFInet包含3方面 的技术： ① 基于通用对象模 型(COM)的分布式自 动化系统； ② 规定了Profibus 和标准以太网之间 的开放、透明通信； ③ 提供了一个包括 设备层和系统层、 独立于制造商的系 统模型。
以太网信息帧 (max. 1526 Bytes)
Preamble Sync Source MAC 6 bytes Dest. MAC 6 bytes Priority Tagging* 4 bytes Ethertype 2 bytes Frame ID 2 bytes Process data up to 1440 bytes Status Information 4 bytes FCS 4 bytes
与
的 比 较
采用标准TCP/IP 与以太网作为连接 介质，采用标准 TCP/IP协议加上应 用层的PCM/DCOM来 完成节点之间的通 信和网络寻址。可 以同时挂接传统 Profibus系统和新 型的智能现场设备。
ProfiNet工程师站 COM DOM TCP/IP
标准应用
COM DCOM TCP/IP
可靠的无连接数据报传输服务，不 提供报文到达确认、排序以及流量 控制等功能，因此报文可能会丢失、
本质安全
主要是本质安全和网络安全。工业以太网由
于工作在工业环境之中，因此必须考虑本质安全 问题；另外，由于使用了TCP/IP，因此可能会向 商业网络一样，被病毒、黑客等非法入侵与非法
重复以及乱序等。
操作而产生安全威胁。
自由中断冗余
实时预处理
目前PROFINET支持百兆以太网100BASE-TX， 采用两对双绞屏蔽线(GP2×2系列)作为短距离 信号传输。
传 输 介 质
IE FC电缆GP2×2型系列
名称 GP2×2 A型 GP2×2 B型 GP2×2 C型 GP2×2 船用
特点 单股导体 较软电缆 软电缆 耐腐蚀
通信确定性与实时性
快速以太网 交换式以太网技术 全双工通信又使得端口间两 对双绞线(或两根光纤)上分别 同时接收和发送报文帧，也不 会发生冲突
工业以太网技术
稳定性与可靠性
专门开发和生产了导轨式集线器、交换 机产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗 余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。 特别设计用于连接工业应用中具有以太 网络接口的工业设备
工业控制网络
工业以太网和PROFInet
（课程期末结课汇报）
C
目 录 ONTENTS
0 1 0 2
工业以太网
0 3 0 4
PROFInet的通信技术
PROFInet
应用案例
Part one
工业以太网
第 一 章
工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点 在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站 之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无
PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一代总 线系统—PROFINET。因全球知名的自动化设备制 造商的支持，2000年底，PROFINET正式成为了
IEC61158标准的第10种现场总线。
PROFINET是一种基于工业以太网和IT标准的
现场 总线通信系统，具有比PROFIBUS更多的优点，
以 太 网 用 于 工 业 领 域 的 关 键 问 题
Part two
PROFInet
第 二 章
PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一 代总线系统—PROFINET。因全球知名的自动化 设备制造商的支持，2000年底，PROFINET正式 成为了IEC61158标准的第10种现场总线。
概述
设备
设备
设备
设备
设备
设备
设备
Enhanced Real-Time Ethernet Controller (ERTEC) 芯 片 实 现 实 时 性
用
ERTEC 200
PROFINET 实时 IEEE 1588 ARM 946 处理器 2-口交换机 PHY 集成
单设备 兼容现场设备
200
特点：
集成PROFINET CPU 2个嵌入式快速以太网PHY 主机CPU接口：SPI从接口，8或16位并行 SPI主接口：与SPI从接口直接连接 GPIO：48个GPIO引脚与数字外设信号直接连接 IRT桥接延迟小于3 µs 时间戳分辨率：2.5 ns 共享内存接口 配置：基于Windows的软件工具
TPS-1 PROFINET IO器件芯片的主要规格
概述：
集成PROFINET IO协议栈、CPU、RAM和PHY 集成具有8个优先级的IRT交换机（2个外部端口） 并行和串行主机接口 采用PROFINET 2.3版本，支持RT和IRT，符合性等级C BGA封装：15 mmx15mm/ 1 mm间距 功耗：800 mW （平均值）
缝集成。虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，
但是工业以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全 性和数据完整性有很高的要求。
工业以太网
工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点在于
利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的 相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。 虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，但是工业 以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全性和数据完 成性有很高的要求。 随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各 行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含 从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合 工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以 太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构， 有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足 了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有的第成本、 高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造
PROFINET PROFIBUS
名称 最大传输速率 数据传输方式 网络拓扑结构 一致性数据范围 网段长度 主站个数 诊断功能 运动控制 设备的网络定位 使用成本
PROFINET 100Mbit/s 全双工 星型、线型、树型 254字节 100m 无限制 强 响应速度快 能 高
PROFIBUS 12Mbit/s 半双工 线型 32字节 100m 多主站会影响速率 弱 响应速度慢 不能 低
7 bytes 1 byte
以太网标准数据
使用端对端交换技术的原因 世界通讯技术发展的最高水平
PROFINET 使 用 交 换 技 术
有着进一步发展的前景
防止碰撞
全双工传输,平行数据交换 QoS ( 优先实时数据信息)
交换集成在设备里
简化设备安装 减少网络布线
控制器 控制器
访问/冲突检测的通信方式，在实时性要 求较高的场合下，重要数据的传输会产 生传输延滞。
网络传输介质在用于传输数字信号
的同时，还为网络节点设备提供工作电 源，成为总线供电。工业以太网的总线 供电问题还没有完美的解决方案。
通信实时性 问题
总线供电
对环境的适 应性与可靠 性的问题
以太网若采用UDP，它提供不
因而在自动化控制领域中得到越来越广泛地应用。
常见网络结构
PC机
以太网接口
HMI
PN
双绞线
工业交换机 双绞线
PN
PN
PN
S7-300
S7-400
ET200S
星型
常见网络结构
PC机
以太网接口 PN
HMI S7-300
PN PN PN
双绞线 ET200S
PN PN PN
S7-400
PN
线型
要求使用带有交换功能的设备！