工业以太网基础及应用三(PROFINET技术)
profinet协议基础知识
profinet协议基础知识Profinet是一种工业以太网协议，用于实现自动化控制领域的数据通信。
该协议定义了一组标准化的通信协议，使不同设备之间可以无缝地通信。
Profinet协议是以太网技术的扩展，用于工业自动化控制领域的数据通信。
它提供了高性能、实时性和可靠性，可以满足广泛的应用需求，包括控制、监控、数据采集、诊断以及通信等方面。
Profinet协议可以支持多种不同类型的设备，包括PLC、传感器、执行器、驱动器以及其他类型的控制器和终端设备。
它可以通过标准以太网和无线网络进行通信，并支持多播和广播机制。
Profinet协议的主要特点包括：1. 高性能：Profinet协议可以实现高速数据传输，支持1Gbps和10Gbps的传输速度。
2. 实时性：Profinet协议能够实现最低1微秒的实时响应时间，支持确定性通信。
3. 可靠性：Profinet协议具有高度可靠性和容错性，可以在网络故障时自动进行重传和恢复。
4. 灵活性：Profinet协议支持多种不同的拓扑结构和通信方式，包括点对点、广播和多播。
5. 安全性：Profinet协议可以提供高级的安全保护机制，包括加密、认证和完整性保护等方面。
Profinet协议的主要组成部分包括：Profinet IO、Profinet CBA和Profinet IRT。
Profinet IO是一个工业以太网协议，用于实现输入/输出设备到控制器之间的通信。
它提供了适用于所有PLC的数据交换服务，包括数据输入、输出、诊断和控制等方面。
Profinet CBA是一个通用的配置管理协议，用于实现设备的配置和管理。
它具有可扩展性和灵活性的特点，能够适应不同厂家和不同设备的需求。
Profinet IRT是一种实时扩展技术，可保证数据传输的实时性和确定性。
它可以提供1微秒以下的响应时间，适用于高速、高精度的控制应用。
工业机器人最常见的工业网络通讯总线ProfiNet！
工业机器人最常见的工业网络通讯总线ProfiNet！由于最近项目过程中，采用的是工业以太网通讯总线，所以在这把自己准备的资料给大家研讨以下。
ProfiNet （工业以太网）•工业以太网是基于 TCP/IP 的工业通讯系统•可按名称分配地址•实现开放式和分配式的自动化•凭借现场总线和以太网实现全面通讯•可实现现场层面直至主控层面的通讯•可实现实时通讯ProfiNet IO 的基础数据交换按主从原理（设备控制器）来进行。
工业以太网输入/ 输出端使用下列类型器材：•管理器：可为编程器或工业用电脑。
•管理器与控制器均可访问所有工艺数据和参数数据。
•控制器：属于设备所有组件的上级控制装置。
（例如：KR C4）•从属装置：属于接受控制器操作和监控的现场设备（例如：输入 / 输出板卡）。
一个从属装置由多个模块和子模块组成。
一个从属装置允许拥有多个控制器（主机）。
ProfiNet IO 变型ProfiNet IO （工业以太网输入 / 输出端）•工业以太网输入 / 输出端使得分散现场装置（输入 / 输出装置，例如：信号处理板卡）可直接接入工业以太网。
•利用实时通讯功能传输业务数据•利用 TCP/IP 进行配置和诊断•输入 / 输出端管理器可服务于 HMI 和诊断功能ProfiNet IO 通讯模式输入 / 输出控制器与输入 / 输出装置之间借助下列信道传输数据。
•通过实时信道传输循环业务数据和警报•通过标准信道的 TCP/IP 及 / 或 UDP/IP 执行参数设置、配置或诊断其他主要数据：•每种工业以太网协议可最多传输 1440 字节的业务数据。
•借助 KR C4 里现有的 ProfiNet-Stack 可操控多达 256 个从属装置。
ProfiNet 实时•实时应用程序通常并非同步运行•应用程序、数据传输和现场装置具有不同的处理周期•周期时间和图像跳动均很不精确。
ProfiNet 实时同步•节拍同步式数据传输•应用程序、数据传输和仪器工作周期保持同步•周期时间 <1ms，图像跳动精度>1ms，图像跳动精度><>•为此需使用特殊型板卡•典型的应用领域是运动控制。
PROFINET介绍
PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。
PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。
一.PROFINET实时通信根据响应时间的不同，PROFINET支持下列三种通讯方式：1.TCP/IP标准通讯PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。
TCP/IP 是IT 领域关于通信协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在100 ms的量级，不过，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。
2. 实时（RT）通讯对于传感器和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格，因此，PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层（Layer 2）的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间，PROFINET实时通讯（RT）的典型响应时间是5－10ms3. 同步实时（IRT）通讯在现场级通讯中，对通讯实时性要求最高的是运动控制（Motion Control），PROFINET的同步实时（Isochronous Real-Time, IRT）技术可以满足运动控制的高速通讯需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1μs，以此来保证及时的、确定的响应。
二.PROFINET分布式现场设备：通过集成PROFINET接口，分布式现场设备可以直接连接到PROFINET上。
《工业控制网络与通信》第6章 PROFINET工业以太网及应用
➢ OPC-DX定义了不同厂商的设备和不同类型控制系统之间没有严格时间要求的用户 数据的高层交换，例如PROFINET和Ethernet/IP之间的数据交换。
➢ OPC-DX特别适合用于需要集成不同制造商的设备、控制系统和软件的场合。通过
OLE for process control， object linking and
PROFINET CBA
➢ PROFINET CBA，Component Based Automation，基于组件的自动化，经由TCP/IP， 以组件为基础的、模块化的分布式通信网络。
➢ 把大的控制系统分成不同功能、分布式、智能的小控制系统，把典型的控制环节做成标 准组件，使用COM/COM++组件自动化技术生成功能组件，利用IMAP工具软件连接各 个组件组成通信，来进行设备参数赋值、读取诊断数据、建立组态和交换用户数据等。
基于组件的集成
用户可以通过定义一个总线专用的组件接口（用于该总线的数据传输）映像， 来集成多种现场总线系统。这种方法方便了原有各种现场总线与PROFINET 的连接，能够较好地保护用户对现有现场总线系统的投资。
13
6
PROFINET工业以太网及应用
1. PROFINET概述 2. PROFINET通信
➢ 在整个工厂内实现统一的网络构架，实现“E网到底”。
4
6.1.2 PROFINET的技术特点
➢ 设备的功能是通过对组件进行特定的编程来完成的，同类设备具有相同 的内置组件，对外提供相同的COM接口，为不同家的设备之间提供了良 好的互换性和互操作性。
➢ 采用标准以太网和TCP/IP协议族，再加上应用层的DCOM来完成节点之 间的通信和网络寻址。
OPC-DX，对多制造商设备组成的系统，使用相同的数据访问方式。
PROFINET总线技术基础
第四节 PROFINET的种类
PROFINET IO PROFINET CBA
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一、PROFINET IO 1、简介
用于分布式I/O自动化控制系统，其工作性质类似 于PROFIBUS—DP。传感器、执行机构等装置连接 到I/O设备上，通过I/O设备连接到网络中。网络中还 有对I/O设备进行监控的I/O控制器和I/O监视器。
PROFINET 总线技术基础
1
§1 工业以太网 §2 PROFINET基础 §3 PROFINET的通信技术 §4 PROFINET的种类 §5 PROFINET IO的组态
2
第一节 工业以太网
概述 技术特点 传输介质和连接器
3
一、概述 工业以太网(Industrial Ethernet)是西门子公司提
100M/bits的自适应传输速率，传输距离最大可达 150km。 3. 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。 4. 抗干扰能力强，适应严酷的工业生产环境。 5. 快速的网络故障定位与诊7断。
三、传输介质和连接器 目前采用多芯双绞线作为短距离信息传输，无线作
7a
无连接RPC
面向连接
RPC(DCOM)
6
5
4
UDP(RFC768) TCP(RFC793)
3
IP(RFC791)
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二、通信等级
IT服务，TCP/IP
SRT
IRT
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1. TCP/IP用于对通讯速率要求不高的数据传输。如设 备组态、设置参数和下载上传程序、低精度过程控 制、低精度运动控制等。
Ethernet SRT
IRT
profinet技术参数
profinet技术参数（原创版）目录1.Profinet 技术的概述2.Profinet 技术的参数3.Profinet 技术的应用4.Profinet 技术的优势5.Profinet 技术的未来发展正文1.Profinet 技术的概述Profinet 是一种工业以太网标准，由德国的西门子公司于 1999 年推出。
它是基于以太网技术的工业自动化网络，被广泛应用于工厂自动化、过程自动化以及工程设计等领域。
Profinet 技术的主要优势在于其高速、实时、开放和可扩展性。
2.Profinet 技术的参数（1）传输速率：Profinet 支持多种传输速率，包括 10Mbps、100Mbps、1Gbps 等，以满足不同应用场景的需求。
（2）网络拓扑结构：Profinet 支持星型、环型、总线型等多种网络拓扑结构，以适应各种工业现场的布线需求。
（3）传输距离：Profinet 的传输距离取决于所使用的传输介质。
对于双绞线，其传输距离可以达到 1000 米；对于光纤，其传输距离可以达到 2000 米甚至更远。
（4）通信协议：Profinet 支持多种通信协议，包括 TCP/IP、UDP、ISO/OSI 等，以满足不同应用场景的需求。
3.Profinet 技术的应用Profinet 技术广泛应用于工业自动化的各个领域，包括工厂自动化、过程自动化、工程设计等。
其中，工厂自动化是 Profinet 技术的主要应用领域，其主要应用场景包括生产线自动化、机器人控制、物料输送等。
4.Profinet 技术的优势（1）高速：Profinet 技术支持高速的数据传输，可以满足工业自动化对实时性的要求。
（2）实时：Profinet 技术支持实时的数据传输，可以确保工业自动化系统在实时控制和监控方面的需求。
（3）开放：Profinet 技术支持开放的通信协议，可以实现不同厂商之间的设备互联。
（4）可扩展性：Profinet 技术支持可扩展的网络结构，可以满足工业自动化系统不断升级和扩展的需求。
工业通信中的Profinet技术
工业通信中的Profinet技术工业通信是指在工业环境中实现设备之间的数据交换和通信传输的技术。
在工业领域中，数据的快速、可靠和安全传输对于生产过程的控制和监测至关重要。
Profinet技术作为一种先进的工业通信协议，已经得到了广泛应用。
一、Profinet技术简介Profinet（Process Field Net）是由西门子公司推出的工业通信技术，是基于以太网的通信协议。
它使用常见的以太网硬件和TCP/IP协议，能够提供快速、可靠的实时通信。
Profinet技术结构灵活，可适用于各种工业环境和自动化应用。
它支持多种通信模式，包括实时通信、非实时通信和工程信息通信。
二、Profinet技术的特点1. 高性能：Profinet技术采用了实时性能优化和网络管理机制，能够实现微秒级的通信响应时间。
这对于工业自动化过程中的实时控制非常重要。
2. 可靠性：Profinet技术能够提供可靠的通信连接和数据传输，通过冗余机制和网络监测，能够保证数据的完整性和稳定性。
这使得在高噪声、干扰和故障环境下，Profinet仍然能够保持稳定的通信。
3. 灵活性：Profinet技术支持多种拓扑结构和网络配置方式，可以适应各种工业应用场景。
它可以与现有的工业以太网、PROFIBUS和其他自动化系统集成，提供灵活的扩展和迁移路径。
4. 安全性：Profinet技术提供了各种安全功能和机制，包括数据加密、访问控制和身份验证。
工业网络中的数据可以被安全地传输和存储，防止机密信息泄露和非法访问。
三、Profinet技术的应用1. 工业自动化：Profinet技术广泛应用于工业自动化领域，用于设备控制和监测。
它可以连接各种工业设备和传感器，实现实时数据的采集和处理。
2. 机器人控制：Profinet技术可用于机器人系统中的高速通信和数据交换。
它可以实现机器人的准确控制和协调运动，提高生产效率和质量。
3. 过程控制：Profinet技术在化工、制药和能源行业中得到广泛应用。
Profinet网络
Profinet网络Profinet是一个工业以太网实时通信协议，是现代工业自动化的核心技术之一。
本文将介绍Profinet的基本概念、应用场景、性能特点以及未来发展方向。
一、Profinet的基本概念Profinet（Process Field Net）是由西门子公司推出的一种基于以太网的工业现场总线技术。
Profinet通信协议采用TCP/IP协议作为底层传输层协议，能够为企业提供高可靠性的实时通信，适用于在制造、过程和物流领域中的各种自动化应用。
从技术层面上来看，Profinet是一种分布式控制系统（DCS），它由位于主控制器（PLC）和从设备（I/O模块、传感器、执行器等）之间的通信组成。
Profinet的最大特点是其可扩展性和兼容性。
Profinet网络可以扩展至数百个节点，而且它可以轻松地整合和升级现有的自动化系统。
此外，Profinet的兼容性也非常好，可以与现有的基于TCP/IP协议的网络相容，如以太网、无线局域网（WLAN）和广域网（WAN）。
二、Profinet的应用场景Profinet在各种工业自动化应用中都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景：1. 离散制造业：在离散制造业中，Profinet可以用于控制各种机器和设备，例如机床、工业机器人等。
它可以支持现场总线和现场设备之间的大量数据交换。
这样就可以实现在整个生产过程中对生产计划、生产进度和生产数据进行实时监控和控制。
2. 过程制造业：在过程制造业中，Profinet可以用于控制各种工业设备，如化工厂、炼油厂、水处理厂等。
它可以实现过程数据的实时传输和监控，从而提高生产效率和质量。
3. 物流：Profinet可以用于控制自动化仓库，包括传送带、搬运机器人等。
它可以使物流系统更加高效，提高货物的生产效率。
4. 交通：Profinet可以用于控制交通信号灯。
它可以使交通系统更加智能化，提高交通安全和效率。
5. 公共设施：Profinet可以用于控制建筑自动化系统，如空调、照明和安防系统等。
PROFInet网络技术
灵活实施的理念
1丶基于无线通信的全新应用领域 通过工业无线局域网，可显著降低 维护成本，提高可靠性，提供方便 的高性能通信。只有PROFINET可 以集安全性与IWLAN于一身。通过 使用IWLAN，工厂操作员可通过 SIMATIC移动式面板获得更大的移 动自由度，应用广泛，安全性高。
2丶集成PROFIsafe的PROFINET 确保工厂和设备安全 基于PROFIsafe的安全通信能够可 靠保护人员、环境和工厂。无需 专用网络部件。可不受限制地使 用标准交换机和网关，可以利用 现有网络基础设施，无需单独布 线或额外安全控制装置。此外， 可以通过工业无线局域网 （IWLAN）实现故障安全通信。
3丶PROFINET通信网络可确保设备和工厂 最佳规划 除总线拓扑外，PROFINET还支持星形、 树形和环形拓扑，从而提供高度的灵活性。 PROFINET网络安装无需专业知识，满足 所有工业环境要求。并且无需任何附加措施， 后续还可扩展。如，SCALANCE网络部件 通过安全VPN连接访问机器和系统，实现 远程维护。
用以太网是兼容的。
工业以太网常见网络结构
PC工
CP1612/ 13 工工工工
工工工工工
工工工 工工工
PC工
工工 工工工工
工工工工工
工工工 工工工
CP243- 1 S7- 200
PN
S7- 300
PN
S7- 400
PN
ET200S
CP243- 1 S7- 200 CP343- 1 S7- 300 CP443- 1 S7- 400
PROFInet不仅可以应用于分布式智能控制，而且还逐渐进入到过程自动化领域。在过程自动化 领域，PROFInet针对工业以太网总线供电以及以太网本质在安全领域应用的问题正在形成标准或解 决方案，采用PROFInet集成的Profibus现场总线可以为过程自动化工业提供优越的解决方案：
第九章 工业以太网和PROFINET
第九章工业以太网和PROFINET由于现场总线的国际标准IEC61158不是一个十分成功的标准，所以自从该标准发布后，围绕它的争议就没有间断过。
在IEC61158中，给出的是多个现场总线技术并存的结果。
这些不同的现场总线技术造成了选择和使用工业控制网络的种种不便。
随着工业自动化系统正在向分布化、智能化的实时控制方向发展，通信作为其中的关键技术，使得用户对统一开放的通信协议和高实时性和稳定性的网络要求日益迫切。
同时，随着经济的发展和办公自动化网络的进步，企业的综合自动化、管控一体化已成为企业生存和发展的必由之路，要求企业从现场控制层到管理层能够实现全面的无缝信息集成。
对于传统的现场总线技术，由于缺少统一的国际标准，无法满足上述要求，这就促使人们开始寻求新的出路并开始关注到以太网。
在网络技术广泛应用的今天，大家都知道基于TCP/IP的因特网基本上变成了计算机网络的代名词，而以太网又是应用最为广泛的局域网，TCP/IP协议和以太网相结合成为当前最为流行的网络解决方案。
如果把这些成熟、廉价和易用的通用产品和技术应用于工业控制网络技术中，即在工业网络中使用以太网和TCP/IP，一方面将会使目前单体总线设备价格偏高、组态较繁琐的现场总线技术发生根本的改变；另外也可能会找到一个统一的总线标准，使现场总线技术标准纷争的问题得到解决。
因此，近些年来，以太网的应用正逐渐从商业领域向工业领域扩散，形成了新型的工业以太网技术。
9.1 以太网和IEEE 802.39.1.1 以太网的产生以太网起源于20世纪60年代后期美国夏威夷大学的ALOHA网络。
当时研究人员将夏威夷群岛的几所大学校园网站用无线电相连，通过一种争用技术，演示了网络上的多个节点可以使用同一个信道进行通信，它们可以在有数据要发送的任何时候发送数据。
该方法没有提供一个节点检测是否有另外一个节点正在发送数据的机制，也没有对有可能发生的冲突进行处理的过程，所以当两个或多个节点同时试图发送数据时就会发生冲突。
以太网、工业以太网及PROFINET的区别
以太网、工业以太网及PROFINET的区别
以太网、工业以太网及PROFINET的区别
Q: 以太网、工业以太网及Profinet有什么区别？
A: 以太网(Ethernet)通常指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当前应用最普遍的局域网技术。
它不是一种具体的网络，是一种技术规范。
该标准主要定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法等内容。
工业以太网通常是指应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与普通以太网技术相兼容，但对具体产品和应用都有不同要求。
由于产品要在工业现场使用，对产品的材料、强度、适用性、可互操作性、可靠性、抗干扰性等有较高要求；而且工业以太网是面向工业生产控制的，对数据的实时性、确定性、可靠性等有极高的要求。
Profinet 由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是基于工业以太网技术的自动化总线标准。
PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的内容。
简单的说，以太网是一种局域网规范，工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，Profinet是一种在工业以太网上运行的实时技术规范。
图 1 关系图。
PROFINET基础知识介绍
PROFINET基础知识介绍1.起源PROFINET起源于德国，在1999年由PROFIBUS International (PI)所提出，是一种基于以太网的工业网络通信协议，为工业自动化系统提供实时通信和网络连接。
PROFINET具有高性能、灵活性和可扩展性，成为现代工厂自动化的重要组成部分。
2.特点-实时性：PROFINET支持实时通信，可实现毫秒级的响应时间，适用于对时间要求较高的自动化应用。
-高性能：PROFINET基于以太网技术，支持高带宽和高速率的数据传输，能够处理大量的实时数据和非实时数据。
-灵活性：PROFINET采用面向对象的编程模型，支持设备的自动识别和配置，能够适应不同的自动化环境和设备类型。
-可扩展性：PROFINET支持网络拓扑的灵活配置，可同时连接多种类型的设备，如传感器、执行器、机器人等，以满足不同的自动化需求。
3.组成部分-IO设备：包括传感器、执行器等，用于采集和控制现场设备的数据。
-控制器：作为主节点，用于控制和管理IO设备的工作。
控制器可以是PLC、工控机等。
-交换机：用于连接控制器和IO设备，并提供网络通信和数据传输的功能。
-IO总线：用于连接控制器和IO设备的传输介质，可以是电缆、光缆等。
-标准以太网：PROFINET基于以太网技术，利用标准以太网协议进行数据传输。
4.应用领域-制造业：PROFINET可用于自动化生产线的控制和监控，实时传输生产数据和监测设备状态。
-物流：PROFINET可用于物流系统的控制和协调，实现自动化的仓储和分拣等操作。
-能源管理：PROFINET可用于能源系统的监测和控制，实现对能源的实时监控和优化管理。
5.PROFINET的发展方向-高速、高性能：PROFINET将继续提高通信速率和带宽，以满足日益增长的实时数据传输需求。
-安全性：PROFINET将加强网络安全机制，保护工业自动化系统的信息安全和设备安全。
-互联互通：PROFINET将继续推进设备之间的互联互通，实现不同制造商设备的无缝集成。
profinet基本原理
profinet基本原理Profinet是工业以太网（Industrial Ethernet）的一种实时通信协议，用于在工业自动化应用中实现高性能、可靠的数据传输。
Profinet 基于以太网技术，采用TCP/IP协议栈，并在其上添加了用于实时通信的特殊机制和协议。
Profinet的基本原理可以总结为以下几点：1. 以太网基础：Profinet使用标准的以太网技术作为通信基础，包括物理层、数据链路层和网络层等。
这使得Profinet可以利用常用的以太网设备和基础设施，如交换机、网线等，实现数据传输。
2. 实时通信机制：Profinet通过引入实时通信机制来满足工业自动化应用对于实时性的要求。
它使用了特殊的通信机制，如异步实时（AS）和同步实时（RT），这些机制保证了数据的快速传输和精确同步。
- 异步实时：异步实时通信用于传输低优先级的数据，如实时监测数据、诊断数据等。
通过使用不同的优先级和时间戳标记，Profinet可以保证这些数据被传输和处理的速度和精确性。
- 同步实时：同步实时通信用于传输高优先级的数据，如控制命令、设备状态等。
Profinet使用了特殊的机制来保证这些数据的同步性和实时性，如通过时钟同步和数据截止时间控制。
3. 分布式控制系统：Profinet支持分布式控制系统，使得多个控制器和设备可以通过以太网连接在一起，形成一个分布式的控制网络。
这种网络拓扑结构可以提供更高的可靠性、可扩展性和灵活性，为工业自动化系统的设计和维护提供便利。
4. 通信实例和字节序列：Profinet使用通信实例和字节序列的概念来描述设备间的通信。
通信实例表示一个特定的通信关系，如传感器到控制器之间的通信，字节序列表示在这个通信实例中需要传输的数据格式。
通过定义通信实例和字节序列，Profinet可以实现灵活的数据交换和通信配置。
5. 设备集成和诊断：Profinet提供了设备集成和诊断功能，使得不同的设备可以无缝集成到一个统一的系统中，并通过网络进行配置和监控。
PROFINET基础知识介绍
工业以太网一般使用IEEE 802.3中定义的以太网标准。
针对自动化系统的网络节点辅助采用了服务质量（QOS）机制。
PROFINET作为工业以太网之一，它采用了三种不同的方法来实现。
这样既满足了普通以太网的需求，又满足了工业系统对不同应用的实时性的要求。
如下图1所示。
图1、PROFINET使用到的三种协议栈①使用了IEEE 802.3以太网标准和TCP/IP，报文结构如图2所示。
大多数的PROFINET通信是通过没有被修改的以太网和TCP/IP包来完成。
这使得可以无限制地把办公网络的应用集成到PROFINET网络中。
图2、TCP/IP报文结构②RT的通信不仅使用了带有优先级的以太网报文帧（如下图3所示），而且优化掉了OSI协议栈的3层和4层。
这样大大缩短了实时报文在协议栈的处理时间，进一步提高了实时性能。
由于没有TCP/IP的协议栈，所以RT的报文不能路由。
图3、PROFINET RT报文结构③IRT通信是满足最高的实时要求，特别是针对于等时同步的应用。
IRT是基于以太网的扩展协议栈，能够同步所有的通信伙伴并使用调度机制。
IRT通信需要在IRT应用的网络区域内使用IRT交换机。
在IRT域内也可以并行传输TCP/IP 协议包，如图4所示。
图4、PN控制器和PN设备的分片处理机制以PROFINET RT为例来理解在整个通信的过程中实时性能是如何来保证的。
从通信的终端设备（PN控制器和PN设备）来看，首先采用了优化的协议栈，这一点可以在图1的②看到。
这样一来在终端的设备上数据报文被处理的时间大大的缩短，这是实时性能保证的一个方面。
其次是终端设备上采用的分时间段处理机制，这一点可以在图5看到。
这样保证了在每个通信的循环的周期内终端设备即可以处理RT的实时数据又可以处理TCP或UDP的数据。
且在每个循环内优先处理RT的实时数据。
这里需要强调的是每个PN终端设备只对自己的负责，需要发送的数据会按发送循环发送、对于由其他设备发到自己的数据会进行立即接收，且发送和接收是并行处理。
PROFINET工业以太网教程（5）——三大行规
PROFINET工业以太网教程（5）——三大行规本来这篇文章应该写关于PROFINET通信的相关知识，比如：实时通信/等时同步通信等内容，但是我之前的一篇文章《深入理解PROFINET的通信等级(RT/IRT)》已经写的很清楚了，所以就不重复了，感兴趣的小伙伴可以自己点击上面的链接看看。
今天这篇文章，我们来介绍下PROFINET的三大行规：1.PROFIdrive；2.PROFIsafe；3.PROFIenergy；1、PROFIdrivePROFIdrive是一种用于控制器与驱动器之间数据交换的标准驱动控制协议，它可以实现驱动设备的控制及状态诊断。
PROFIdrive定义了很多标准报文，通过不同的报文选择，既可以实现简单的变频器控制，也可以实现高性能的伺服驱动器控制。
关于PROFIdrive报文的详细介绍，我曾经写过两篇文章，你可以点击下面的链接看下：1.深入学习PROFIdrive驱动控制协议(1)2.深入学习PROFIdrive驱动控制协议(2)2、PROFIsafe在工业自动化中，IEC61508是关于电气/电子/可编程电子安全系统(electrical/electronic/programable electronic safety-related systems，E/E/PE)的标准，它定义了一套关于安全评估的基本方法和技术框架，对基本概念、术语进行了定义和阐述，并使用概率的方法对安全等级进行评估。
PROFIsafe是一种基于PROFINET/PROFIBUS通信协议的故障安全协议，它遵循IEC61508标准，并在某些方面补充了该标准的空缺。
PROFIsafe安全协议的报文可以与标准的通信协议报文使用同一条传输介质中，不会干扰标准报文的传输，也不受传输介质种类的影响，可以在双绞线、光纤及无线网络中传输，这使其安装和使用成本极低；PROFIsafe安全协议可以使故障安全控制器(F-host)和故障安全设备(F-device)之间数据传输的失效概率降低到国际安全标准要求的范围内，甚至更低，这表明其可靠性很高；目前，PROFIsafe协议已经成为功能安全通信的国际标准IEC61784-3-3，我国在2015年也正式批准了基于PROFIsafe协议的推荐标准GB/T20830-2015，这是我国首个国家推荐的功能安全通信标准。
走近PROFINET——PROFINET实时通讯技术,工业以太网进入现场级通讯的钥匙
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 ， 输 时 间是十分 重 要 的衡 传 量因素 。为了保证 通讯 的 实时性 ， 要对 信 号 的传 输 需 时间做精确 的计 算 。当然 ， 同的 现场应 用 对通讯 系 不
Ｉｔ ｎ ｔ ｎ１推 出 ， ｎｅ ａｉ ａ） ｒ ｏ 是新一代基 于工业 以太 网技 术 的工
业 自动化通讯标 准 。Ｐ Ｏ Ｉ Ｅ Ｒ ＦＮ Ｔ解决 方案囊 括 了诸 如
实 时 以太 网 、 动控 制 、 布式 自动化 、 障安全 以及 运 分 故
网络安全 等 当前 自动化 领域 的热点话 题 ， 并且 ， 完全兼 容工业 以太 网 和 现 有 的现 场 总线 （ Ｐ Ｏ ＩＵ ） 如 Ｒ ＦＢ Ｓ 技 术 。因此 ，Ｒ ＦＮ Ｔ技术 的 出现 ， 为工业 自动 化 领 Ｐ Ｏ ＩＥ 将
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， 企业
域提供 一种全新 的通 讯解 决方 案 ， 即整 个工 厂全 部 使
ｂ 实时 （ Ｔ 通讯 ． Ｒ ）
控制领域 的情 况来 看 ， 以太 网技 术取 代 现场 总线 是工
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profinet——完整的网络解决方案
profinet——完整的网络解决方案篇一：工业以太网通信标准PROFInet及其应用工业以太网通信标准PROFInet及其应用发布日期：2011-09-27浏览次数：2110分享到：【摘要】：随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技术的发展正日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。
在自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通信提供解决方案,基于工业以太网通信标准的PROFInet通信技术使这种集成成为可能。
PROFInet是Process Field Net的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。
1 引言随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技术的发展正日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。
在自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通信提供解决方案,基于工业以太网通信标准的PROFInet通信技术使这种集成成为可能。
PROFInet是Process Field Net 的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。
PROFInet是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案,包括一整套完整高性能并可升级的解决方案,可以为PROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植服务;PROFInet标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性,从而可以保护用户的投资与利益。
PROFInet可以使工程与组态、试运行、操作和维护更为便捷,并且能够与PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。
工程实践证明,在组建企业工控网络时采用PROFInet通讯技术可以节省近15%的硬件投资。
2 PROFInet通讯标准PROFInet可以提供办公室和自动化领域开放的、一致的连接。
PROFInet方案覆盖了分散自动化系统的所有运行阶段,它主要包含以下方面:（1）高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）;（2）基于Ethernet的开放的、面向对象的运行期通信方案（功能单元间的通信关系）;（3）独立于制造商的工程设计方案（应用开发）。
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工业以太网基础及应用模块三 PROFINET技术任务一 PROFINET 技术概述【学习目标】1、认识PROFINET网络技术。
2、了解PROFINET网络实现实时与等式实时的技术原理。
【相关知识】PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。
作为一个开发的通讯系统，PROFINET基于国际标准（IEEE 802.3，802.3u标准），并且满足特殊的网络部件的工业要求。
未来借助于PROFINET,以太网将能够完成来自运动控制系统，以及网络上现场设备的硬实时要求。
交换机制PROFINET 使用交换以太网作为访问方式。
它由点对点的连接组成。
全部设备都通过点对点连接直接连接其它设备（只连接一个设备）。
交换机允许在两个方向（发送和接收）同时进行通信。
因此，可以提供200 Mbps 的网络性能，相当于快速以太网带宽(100 Mbps) 的2 倍。
通过强制要求PROFINET 采用交换技术，PROFINET 实现了无冲突数据传输。
SIMATIC 交换机利用两种机制满足PROFINET 的实时性要求：“直通”和“存储转发”。
这些交换机制的优点：无需要帧的节点或网络区域不需处理与它们无关的数据。
其带来的空闲网络性能可供其它设备使用。
与传统解决方案不同的是，该解决方案利用交换机制实现了不同网段内部的并行通信，并因而提高了有效带宽。
基于PROFINET的实时通信实时通信实时通信用于将分布式I/O站点连接到控制器，从而利用总线传递传感器和执行器的信号状态。
PROFINET提供两种等级的实时通讯。
RT，实时实时(RT) 通过划分通讯合作伙伴通讯堆栈的优先级并优化传输对时间要求严格的过程数据，以允许使用标准网络组件的高性能数据传输，典型的更新循环时间为1 ms 至10 ms。
实时意味着系统在定义的某个时间内处理外部事件。
确定性意味着系统以可以预测的方式做出响应。
对于工业网络，这两方面的要求都非常重要。
PROFINET 利用传输特征满足这类要求：时间关键型数据在确定的时间间隔内传输。
为此，PROFINET 为实时通信提供经过优化设计的通信信道。
可以准确地预测数据传输的发生时间。
这保证了在同一网络中也可利用其它标准协议顺利地进行通信。
IRT，同步实时同步实时(IRT) 提供同步执行循环，以确保通过始终等距的时间间隔传输信息。
IRT 实现同步数据传输，更新循环非常短（从500 微秒到 1 毫秒），抖动非常小。
由于通道分为标准通讯和RT 通讯的标准通道以及IRT 通讯的IRT 通道，所以，过程数据不会受到网络上其它流量的影响。
在支持IRT 的PROFINET 中，通信周期按时间顺序分成多个信道。
第一个信道用于等时实时通信(IRT)；后续信道用于实时通信(RT) 和标准TCP/IP 通信。
据此，两种数据传输方式可以同时存在，且不会互相干扰。
通过在ERTEC-ASIC（增强型实时以太网控制器）中实现这种传输方法，实现了31.25µs，（PN 版本V3.0) 的循环时间和优于1 µs 的抖动精度。
IRT 的应用IRT 用于对响应时间具备严格要求的，且不得违反该要求的应用领域。
例如，运动控制型应用。
这类应用要求响应时间和更新时间不超过数毫秒。
IRT 通信/实时和TCP/IP 通信除了利用更新时间内保留的带宽进行的IRT 通信外，在该更新时间内，还可以进RT通信和TCP/IP 通信。
在RT 通信期间，IO 控制器和IO 设备之间传输循环数据，但是，这种传输没有实现“最佳同步的可能性”。
异步IO 设备利用RT 通信自动地交换数据。
实时通讯的实现1：简化协议•OSI模型第3 层/第4 层不包含实时数据交换所需的任何功能，因此在传输实时数据时不需要。
•简化协议后，无法再路由RT 数据。
•在第1 层/第 2 层上，符合IEEE802.3 标准的以太网帧，仍是标准以太网！实时通讯的实现2：提高数据桢优先级实时通讯的实现3：带宽预留通讯系统分区⏹实时传输和标准传输的时隙（时域）相互独立⏹高度精确的循环同步和控制循环基于优化的交换机ASIC (ERTEC)的等时实时(IRT)任务二 PROFINET IO通讯【学习目标】1、熟悉了解PROFINET IO设备的组成部分。
2、熟练掌握组态PROFINET IO的相关设置与操作。
【相关知识】PROFINET是PROFIBUS用户组织的开发标准，它定义了一个通讯架构。
其中PROFINET IO表示控制器可以和分散的现场设备之间实现通信，例如分布式I0或驱动器等。
PROFINET IO现场总线集成一、PROFINET IO设备PROFINET IO设备分为3类：PROFINET IO控制器、PROFINET IO设备、PROFINET IO监控器。
其中，IO控制器和IO设备进行周期性的IO过程数据的交换，并且可以进行参数读取和分配，当IO设备出现故障时，发送报警信息给IO控制器。
IO监控器可以对IO设备进行组态，诊断以及状态的读取和控制。
从 PROFIBUS DP到 PROFINET IO术语的变化：由于以太网网络上的全部节点都有相同的权限，PROFIBUS DP 中使用的主站/从站规程被转换成生产者/消费者模型。
PROFIBUS 上的分布式现场设备 (DP 从站) PROFINET 中被称之为 IO 设备。
.PROFIBUS 上的DP 主站 (1 类 DP 主站)在 PROFINET 中称之为 IO 控制器。
PROFIBUS 中的组态设计和诊断站(1类主站)成为 PROFINET 中的 IO 监视器。
IO控制器（CPU）IO设备（分布式IO）分布式IO通过带有集成2个端口的交换机，可以连接到工业以太网中，可以构建线型拓扑。
ET200S，带有 IM151-3 PN 标准型或高性能型接口•接口模块，用于将 ET 200S 链接至 PROFINET•借助 PROFINET I/O 控制器，可以处理完整的数据交换功能• 2 种型号：IM151-3 PN STANDARD与IM151-3 PN HIGH FEATURE;•与 STANDARD 型不同的是，支持 PROFIsafe F 模块的使用•带集成式 2 端口交换机（用于线形拓扑）ET200S 接口模块• 用于将 ET 200S 连接至 PROFINET 的接口模块• 与 PROFINET IO 控制器进行所有的数据交换• 3 种型号－ IM151-3 PN 标准型－ IM151-3 PN 高性能型－ IM151-3 PN FO• 集成双端口交换机，用于总线形拓扑结构二、组态一个 PN IO 系统实现与分布式IO的通讯，需要3个步骤：a在设备组态中，添加子网与IO设备。
b分配设备名，定义IP地址。
c下载组态到控制器中。
（一）、设备组态添加一个子网打开“TIA Portal”软件的“项目视图”，进入“设备组态”的“设备视图”，双击击CPU的“PROFINET 接口”，在“以太网地址”中点击“添加新子网”。
切换到“网络视图”，可以发新的子网已经添加成功。
添加一个I0设备的接口模块选择子网“PN/IE_1”，在右边的“硬件目录”，找到“分布式IO”，选择“ET200S”，点击“接口模块”，选择“PROFINET”，最后在下面硬件列表中，双击与实际硬件一致的接口模块。
这样，在“网络视图”中，IO设备的模块已添加。
添加IO设备子槽模块双击“网络视图”中的IO设备图标，切换到IO设备的“设备视图”。
在这里，只有0号槽的“IM151-3PN”接口模块。
根据事件的硬件，添加后面子槽的模块。
模块的类型可以在右边“硬件目录”选择。
分配IO控制器切换回“网络视图”，点击“IO device”中“未分配”的图标，选择对应的“IO 控制器”。
IO地址分配切换回IO设备的“设备视图”，双击对应的IO模块，打开“I/O地址”，用户自定义IO 地址。
（二）、设备名分配与PROFIBUS的地址相似，PROFINET设备通过设备名（device name）来表示设备地址。
在Step 7设备组态时，Step 7会自动分配离线设备的设备名和IP地址。
也可以根据需要修改设备名和IP地址。
通过Step 7软件的设备组态，将离线的设备名分配到实际对应设备的MAC地址。
分配完毕后，编译下载程序到PLC中，PLC启动后，Step 7组态的IP地址会根据分布式IO的设备名，分配给各个IO设备。
设备名存储在IO设备的接口模块的存储介质中，例如MMC卡，当设备损坏被替换时，只需要把MMC插入到新的设备中，而无须重新组态。
C-Plug卡常用在SCALANCE交换机或者CP卡中。
“设备视图”，双击“IM151-3PN”模块，打开属性窗口。
打开“以太网地址”栏，设置IO模块离线的IP地址与设备名。
“网络视图”，选择“子网”网线，点击“分配设备名”图标，打开“分配设备名”窗口。
分配PROFINET设备名称打开“分配PROFINET设备名称”窗口，在“PROFINET设备名称”中选择需要分配设备的离线设备名称，并正确设置“PG/PC接口”。
点击“更新列表”，可以在线找到网络中已连接上的设备。
为了精准快速找到目标设备，可以通过选择列表中的设备再点击“闪烁LED”，观察实际设备的LAN网口LED灯是否跟着闪烁。
最后，点击“分配名称”，此时离线的设备名将分配到实际硬件上。
IO设备名分配完成后，保存编译下载设备组态，IO 控制器根据设备名称识别出 IO 设备，再自动地将已组态 IP 地址分配给该 IO 设备。
三、练习（一）、打开TIA Portal软件完成设备组态：结合实训设备，添加一个子网与IO设备，完成设备名分配，下载后没有任何设备故障。
（二）、测试一下IO设备在没有分配设备名或离线与在线设备名不一致的时候，下载设备组态会出现什么状态。