PROFINET基于以太网标准资料
《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 Introduction
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什么是 PROFINET？
开放式工业以太网标准 是
PROFIBUS & PROFINET International (PI) 的标准
以工业以太网为基础 使用
TCP/IP 和 IT 标准
为实时以太网
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Industry Sector
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD),即带冲突检 测的载波监听多路访问技术 以太网访问介质协议 允许计算机监视传输介质 通信机制与围坐饭桌吃饭类似
PROFINET 工业以太网
使用IT世界的工具
Web服务器集成在西门子的PROFINET控制器 访问Web服务器，使用标准的浏览器（如 Internet Explorer） 安全模块SCALANCE S系列安全独立的子网使 用可靠IT技术
标准网页工具可以用来直接访问设备信息 与PROFINET
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Industry Sector
CSMA/CD工作机制
1.
Carrier Sense 设备侦听介质是否在空闲状态。当介质空闲时，设备试图发送数据
2.
3.
识别地址，设备收到信息
1.
Multiple Access 每一个设备可以单独的访问介质
2.
Collision Detection 当介质空闲时，几台设备同时访问介质时，冲突出现。每一个设备 会识别出这个冲突。
高速以太网 额定值与实际值的交换技术 交换机的时间同步 确定性 通讯周期的必备性能 预留时间范围
提高并行交换速度， (100 Mbit/s) 实现 时钟同步 运动控制 保证运动与 IT 的性能
PROFINET总线技术基础
第四节 PROFINET的种类
PROFINET IO PROFINET CBA
33
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)
27
二、通信等级
IT服务，TCP/IP
SRT
IRT
28
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循环的实时通信报文基于IEEE802
PROFINET循环的实时通信报文基于IEEE802.3，具有4个字节的VLAN标签（IEEE802.1p），该标签其中的3个位可以表示PROFINET实时数据的优先级，参考图1 PROFINET实时报文。
图1 PROFINET实时报文PROFINET循环的实时数据报文具有优先级，且用户优先级为6。
VLAN标示符VID=0表示报文仅包含优先级信息，而不是一个有效地VLAN标识。
报文具有“用户优先级”符合IEEE802.1p标准，IEEE802.1p具有如下特点：支持IEEE802.1p的交换机会优先转发高优先级的数据，IEEE802.1p标准•通过在OSI 2层给数据加入优先级以及交换机中的不同队列分配，实现加速报文转发。
•TCI中包含表示服务种类(Class of Service)的3个位，这样CoS服务就有8个优先级，其中0为最低优先级，而7为最高优先级。
•不同的应用按照不同的方式进行处理•赋予实时应用更高的优先级•赋予普通的应用较低的优先级这样在IEEE802.1p的支持下，用户终端主机能请求所提交流量的优先等级，网络设备则在帧头上设置相应的标记予以实施。
802.1p可以将以太网中的流量分为8个优先等级，将时间敏感的视频/音频以较高的优先级在交换式以太网中传送，以支持以太网上各类业务的QoS。
参考表1 。
表1目前，许多以太网交换机都能够支持多优先级业务的分类处理，即支持IEEE802.1p，根据数据帧中的“用户优先级”字段内容的不同进行缓存、数据转发等操作。
理想情况下，以太网交换机能支持的优先级与802.1p 规定的优先级相同，但实际情况有时并非如此。
西门子的SCALANCE X以太网交换机产品中，X-00系列具有两个优先级堆栈，高的优先级堆栈处理具有用户优先级4，5，6，7的数据，低的优先级堆栈处理具有用户优先级3，0，1的数据。
对于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的优先级与IEEE802.1p所规定的优先级相同。
工业以太网基础及应用三(PROFINET技术)
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。
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
显示订货号1 PROFINET IO概述PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准（IEC 61158）。
使用PROFINET，设备可以从现场级连接到管理级。
• PROFINET用于自动化的开放式工业以太网标准。
• PROFINET基于工业以太网。
• PROFINET采用TCP/IP和IT标准。
• PROFINET是一种实时以太网。
• PROFINET实现现场总线系统的无缝集成。
通过PROFINET，分布式现场设备（如现场IO设备，例如信号模板）可直接连接到工业以太网，与PLC 等设备通讯。
并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，其典型的响应时间在10ms的数量级，完全满足现场级的使用。
在使用Step7进行组态的过程中，这些现场设备（IO device, IO设备）制定由一个中央控制器(IO controller, IO控制器)。
借助于具有PROFINET的能力接口或代理服务器，现有的模板或设备仍可以继续使用，从而保护PROFIBUS用户的投资。
IO Supervisor（IO监视设备）用于HMI和诊断。
在PROFINET的结构中，PROFINET IO是一个执行模块化，分布式应用的通讯概念。
PROFINET IO 能让您从您所熟悉的PROFIBUS一样，创造出自动化的解决方案。
所以不管您组态PROFINET IO或PROFIBUS，在STEP7中有着相同的应用程序外观。
2 PROFINET IO现场设备简介以下SIMATIC产品用于PROFINET分布式设备：• IM151-3 PN作为IO设备直接连接ET200S的接口模块。
• CPU317-2DP/PN或CPU315-2DP/PN作为IO控制器的CPU模块，用于处理过程信号和直接将现场设备连接到工业以太网。
• IE/PB LINK PN IO将现有的PROFIBUS设备透明的连接到PROFINET的代理设备。
• IWLAN/PB LINK PN IO将PROFIBUS设备通过无线的方式透明的连接到PROFINET的代理设备。
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：
profinet通讯实时性、可靠性
一、简介：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。
PROFINET的实时性，需要了解PROFINET的协议和工作机制。
PROFINET具有RT和IRT两种等级的实时通讯。
PROFINET区分两类不同性能的实时周期通讯，一种是实时（RT）通讯，主要用于工厂自动化，这一类没有时间同步要求，一般只要求响应时间为5-10ms。
另一种是等时同步实时（IRT），主要用于有苛刻时间同步要求的场合例如运动控制，电子齿轮。
与此对应，PROFINET提供两类实时通讯通道具体分为RT实时通道和IRT实时通道。
另外还包括一个标准通讯通道，标准通道是使用TCP/IP协议的非实时通讯通道,主要用于设备参数化、组态和读取诊断数据。
1、 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. 1TCP/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. 2. 实时（RT）通讯对于RT，通讯双方，按照Step7组态的各自的时钟周期内，向对方发送一次数据，实现实时的数据交换。
PROFINET
D2 1010
网络掩码
与D1有关 0000
149.218.7.10 = 1001 0101. 1101 1010. 0000 0111. 0000
D1 0100
网络掩码
与D1有关 0000
149.218.7.4 = 1001 0101. 1101 1010. 0000 0111. 0000
255.255.252.0 = 1111 1111. 1111 1111. 1111 1100. 0000 0000 = 1001 0101. 1101 1010. 0000 0100. 0000
单独的实时和TCP/IP时间窗
通过PROFINET IRT进行调度
协议栈的位置
PROFINET IO数据帧
Notes
Slide
Profinet IO的RT帧结构
以太网帧的长度为64到1518字节 RT帧的以太网类型为0x8892
分布式外围设备
PROFINET CBA
分布式自动化
PROFINET IO：纵向通信
PROFINET CBA：横向通信
Notes
Slide
通信
Notes
Slide
通信通道
以太网 实时
NRT通信（非实时）
连接导向通信 交换以下对时间要求不严格的信息：
– 系统调试时的参数设置 – 通信关系结构 – 读取诊断信息 – 交换常规设备信息 – 读取/更改设备参数
– 广播
• 广播地址的所有位均已设好 • FF:FF:FF:FF:FF:FF 广播地址
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。
profinet通讯实时性、可靠性
一、简介：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。
PROFINET的实时性，需要了解PROFINET的协议和工作机制。
PROFINET具有RT和IRT两种等级的实时通讯。
PROFINET区分两类不同性能的实时周期通讯，一种是实时（RT）通讯，主要用于工厂自动化，这一类没有时间同步要求，一般只要求响应时间为5-10ms。
另一种是等时同步实时（IRT），主要用于有苛刻时间同步要求的场合例如运动控制，电子齿轮。
与此对应，PROFINET提供两类实时通讯通道具体分为RT实时通道和IRT实时通道。
另外还包括一个标准通讯通道，标准通道是使用TCP/IP协议的非实时通讯通道,主要用于设备参数化、组态和读取诊断数据。
1、 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. 1TCP/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. 2. 实时（RT）通讯对于RT，通讯双方，按照Step7组态的各自的时钟周期内，向对方发送一次数据，实现实时的数据交换。
profinet 写法
profinet 写法Profinet（处理程序制造业领域的工业以太网）写法：使用以太网提高自动化生产效率的专业通信协议引言：随着工业自动化的普及，传统的控制系统越来越不满足生产需求。
传统控制系统使用的主要通信方式是控制网络和现场总线。
然而，这些通信方式不仅限制了自动化系统的扩展性和开放性，而且通常需要大量的设备和接线。
为了解决这些问题，工业以太网的出现被视为解决方案之一。
这其中，Profinet是处理程序制造业领域最为流行的工业以太网通信协议之一。
第一部分：Profinet的背景与发展1. Profinet的定义与概述：Profinet是Profibus国际用户协会（PI）开发和推出的一种基于以太网的工业自动化通信协议。
它提供了实时通信、远程故障诊断和配置、设备管理以及数据传输等功能。
2. Profinet的发展历程：Profinet最早诞生于2002年，起初作为Profibus 通信协议的一种补充，用于解决一些传统通信方式所面临的局限性。
经过多年的发展，Profinet逐渐成为自动化领域最常用的通信协议之一。
第二部分：Profinet的技术特点与优势1. 实时性：Profinet具备很高的实时性能，可实现微秒级的通信延迟，确保工业生产过程的精确控制。
2. 灵活性与可扩展性：Profinet支持星型、线型和环型等多种网络拓扑结构，使其在各类自动化系统中都能灵活应用。
此外，Profinet还可根据需要扩展通信量，以适应日益增长的工业生产数据。
3. 安全性：Profinet采用了多种安全机制来保护通信数据的安全性。
例如，它支持数据加密传输，防止数据被未经授权的人员窃取或篡改。
4. 设备管理和诊断：Profinet提供远程设备管理和诊断功能，使得对自动化设备进行配置和监测变得更加方便，减少了维护和故障排除的时间成本。
5. 兼容性：Profinet与现有的以太网技术和设备可以无缝集成，提供了与外部系统通信的灵活接口。
西门子PROFINET简介
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。
1. 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. 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. 3. 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。
2. 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。
PROFINET基于以太网标准要点
High Availability
Plant wide Engineering
Quick Reaction Times
Industrial approved Installation
Industrial Automation
Efficient Network and
Device Diagnostics
7
8
现场通信中的 QoS 要求
Service & Support
实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
QoS 级别 1 2 3 4
应用类型 控制器之间 分布式 IO 设备 运动控制 组态编程/参数
反应时间
抖动
100ms
Integration of existing
Plants
Configurable Access Protection
Safety approved Applications
4
5
PROFINET – 基于工业以太网标准
Service & Support
实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PANnsCwBeAr:wPiRthOFRITNET PN IO with IRT
?使用专用交换技术和全双工 FCX 通道
?遵循 IEEE802.1D/Q 的优先级别，采用服务类别 CoS 机制 – 时间要求严格的应用场合 – “尽力“ 应用场合
?优化设备处理时间
11
12
分类
Service & Support 实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
ProfiNet以太网协议分析
www. eage. com. cn
2013 年 2 月下·冶金电气·
37
| 电气技术 Electric Technology
过程 中 所 抓 取 的 ProfiNet 网 络 报 文 数 据 如 图 13 所示。
图 13 WireShark 抓取的报文信息
捕获的数据报文忠实地记录了每次通信报文 的数据内容，ProfiNet-RT 的每次应答均非常清晰 的显示出来。报文的记录是以监听计算机的时间 戳为准，并且可以 ProfiNet 数据 报文说明，如图 14 所示。
图 15 WireShark 抓取的报文分析
每种不同的数据报文都可以选择不同的显示 颜色，不同的线型进行区分，还可以通过设置独 立的过滤器来进行数据报文的二次编程和二次加 工。通过图 5 中的网络数据报文统计可发现无网 络故障报文信息，充分说明了 ProfiNet 网络通信数 据的准 确 性 非 常 高， 如 果 网 络 上 包 含 现 场 设 备， 也可同时分析出外部 IO 信息。
ProfiNet 报文监听
标准以太网数据报文，在数据传递过程中最
基于PROFINET工业以太网总线标准的配料搅拌装置控制系统设计
2021年7期科技创新与应用Technology Innovation and Application设计创新基于PROFINET 工业以太网总线标准的配料搅拌装置控制系统设计熊邦宏（广州市机电技师学院，广东广州510435）随着现代工业技术的发展及城镇化进程的加快，混合搅拌技术也得到了快速的发展。
但是如何控制搅拌的过程和质量仍是需要解决的一大问题。
如何精准控制物料混合比例、搅拌的时间、降低搅拌过程中产生的湍动和搅拌功率等，还需要通过不断地优化技术手段进行解决。
本研究旨在利用先进的西门子工业控制技术解决在搅拌混合中存在的相关问题，优化、精准控制搅拌的过程。
采用西门子高端S7-1500PLC 、变频技术和基于PROFIBUS 工业以太网技术总线标准来实现对混合搅拌装置的混合搅拌过程及质量的优化，提升搅拌混合的质量，达到相对理想的质量和成效的搅拌混合物。
1配料搅拌装置系统构成配料搅拌装置主要由搅拌系统、进料部分、出料部分、控制柜、变频电机、变频器、称重配料系统和控制操作面板等构成。
利用西门子1516F-2PN\DP PLC 来控制物料配比，利用G120变频器的输出来控制电机转速，操作控制面板直观显示电机转速、流程，整个系统能显示与控制生产过程中多种物料搅拌混合的过程。
2配料搅拌装置控制及通讯设计2.1配料搅拌装置的控制设计生产过程中，按配方所加物料经过称重系统计量，产生的信号输入到西门子1516F-2PN\DP PLC ，PLC 按配摘要：文章主要介绍利用西门子TIA 博图V13软件平台，采用西门子PROFINET 工业以太网对配料搅拌装置控制系统进行设计，配料搅拌装置主要由西门子1516F PLC 、G120变频器、TP700人机界面组成。
在整个系统设计中PLC 为主控单元，G120变频器控制电机的转速，人机界面（HMI ）设计监控与操作部分。
试验结果表明该配料搅拌装置系统能可靠、高效地完成物料搅拌，能通过人机界面实现对物料搅拌的实时监测和控制。
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PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
Transmit ter
Switch A
Switch Switch Switch
B
C
D
Further stations
Switch E
Switch F
Receiver
IT和自动化系统一起发展
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为什么在工业环境中使用以太网?
Service & Support 实需时求&概发念展趋势 PROFINET 系统
形成统一网络的结构
减少接口 设备的安装范围更广阔 至上而下从企业控制层直到现场层的连续
PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
▪ 只要有通信需求，各以太网节点 (A-F) 均可向网络发送数据 ▪ 报文可能在主干网中被缓冲
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现场通信中的QoS 要求
Service & Support
实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
QoS 级别 1 2 3 4
▪TCP/IP标准 ▪实时(RT)通信 ▪等时同步实时(IRT)通信
两种应用方式 ▪集成分布式I/O的PROFINET IO ▪用于创建模块化的PROFINET CBA
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RT通信堆栈
Service & Support
PROFINET 是基于工业以太网
PROFINET 遵循 TCP/IP 和 IT标准
PROFINET 是实时以太网
PROFINET 可以无缝集成现场总线系统
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动机
Service & Support 实时概念 PROFINET 系统
▪ Ethernet 采用随机争用型介质访问方法 (CSMA/CD)
Safety
Process
Real-time Communication
IT-Standards & Security
PROFINET
Distributed Field Devices
Network Installation
Distributed Intelligence
Motion Control
应用类型 控制器之间 分布式 IO 设备 运动控制 组态编程/参数
反应时间
抖动
100ms
/
10ms
/
<1ms
<1us
尽力
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交换技术
Service & Support 实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
▪ 以太网帧的优先级划分在 IEEE 802.1q 标准中定义 ▪ 四个额外的数据字节用于控制不同优先级数据帧的传输
▪使用专用交换技术和全双工 FCX 通道
▪遵循 IEEE802.1D/Q 的优先级别，采用服务类别 CoS 机制 – 时间要求严格的应用场合 – “尽力“ 应用场合
▪优化设备处理时间
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分类
Service & Support 根据响应时间不同有三种通信方式
实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
▪ 数据准备和处理所需的时间与通信无关 ▪ 优化通信堆栈循环时间 ▪ 线路传输时间可忽略 (100 Mb/s)
提供者
提供
T1
数据
通信堆栈 T2
T3 传输
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消费者 处理 数据
通信堆栈
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如何获得以太网 QoS
Service & Support
实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
Profinet
… 概述
A&D CS2 FA
2
自动化发展趋势
Service & Support
实需时求&概发念展趋势 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
集中控制-分布式控制
在所有的自动化层上使用以太网
在自动化系统中开放式的IT 标准得到更多的应用
Integration of existing
Plants
Configurable Access Protection
Safety approved Applications
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PROFINET – 基于工业以太网标准
Service & Support
实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PANnsCwBeAr:wPiRthOFRITNET PN IO with IRT
High Availability
Plant wide Engineering
Quick Reaction Times
Industrial approved Installation
Industrial Automation
Efficient Network and
Device Diagnostics
在自动化系统中使用
IT-技术的优势
远程访问 Web 服务 软件更新
相对当前系统的高级之处
更高的性能 没有数量的限制 操作简单
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工业自动化对于以太网的特殊要求
Service & Support
实需时求&概发念展趋势 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
全面地解决方案!
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PROFINET – 解决方案!
Service & Support
实时概念 PPRROOFFIINNEETT 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT
PROFINET 是由PROFIBUS & PROFINET International (PI)推 出的开放式工业以太网标准
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Port 1
1 Port 2
3 2
Port 3
1
2
3 Queue for port 1
▪ 数据帧 1 正在发送中 ，无法中断正在进行的传输任务 ▪ 数据帧 2 的优先级低于数据帧 3 ，因而被暂时搁置
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改善的通信堆栈性能
Service & Support
实时概念 PROFINET 系统 PN IO with RT PN CBA with RT PN IO with IRT