PROFInet网络技术
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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
HMI
以太网接口
PN
双绞线
工业交换机
双绞线
PN
S7-300
PN
S7-400
星型
PN
ET200S
基于以太网技术的网络拓扑有多种形式，常见的 有星形、树形、环形，典型代表是星型。线形网络最 适合于在工业控制系统中使用，但传统以太网中很少 有线形网络拓扑。PROFINet 支持包括线形在内的所 有网络拓扑形式。
PROFInet
目录
COMPANY
01 工业以太网与 PROFInet简介
02 网络结构
03 PROFInet的基本 通信方式
04 PROFInet的优势
PART 01
工业以太网与 PROFInet简介
工业以太网简介
工业以太网是基于 以太网技术和 TCP/IP技术开发出 来的一种通信网络， 简单来说工业以太 网就是在工业控制 系统中使用的以太 网，用于工业自动 化环境。
它符合IEEE 802.3 标准，按照IEEE 802.ID “媒体访问 控制（MAC）网桥” 关和IEEE 802.1Q“局域网虚 拟网桥规范，对其 采用没有进行任何 实时扩展而实现的 以太网
通过采用减轻以太网 负荷，提高网络速度， 采用交换式以太网和 全双工通信等技术， 到目前为止可以将工 业以太网的实时响应 速度时间做到 5~10ms，相当于现 有的现场总线。工业 以太网在技术上与商
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，因而在自动化控制领域中得到越来越广泛地应用。
PART 02
PROFInet网络结构
PROFInet网络结构
PC机
由于绝大多数工厂自动化应用场合对实时响应时 间要求较高，为了能够满足自动化中的实时要求， PROFInet中规定了基于以太网层2的优化实时通 信通道，该方案极大地减少了通信栈上占用的时 间，提高了自动化数据刷新方面的性能。 PROFInet不仅最小化了可编程控制器中的通信 栈，而且对网络中传输数据也进行了优化。采用 PROFInet通信标准，系统对实时应用的响应时 间可以缩短到5～10ms。PROFInet同时还支持 高性能同步运动控制应用,在该应用场合 PROFInet提供对100个节点响应时间低于1ms的 同步实时（IRT）通信，该功能是由层2上内嵌 的同步实时交换芯片ERTEC提供的。
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。
更高效，更经济
不断上涨的原材料价格和不断更新的环 境法规促使全球企业必须更经济有效地使用 其资源，尤其是生产。 PROFINET是解决之道。简单的工程设计可 加速调试；可靠的设备可提高工厂可用性。 此外，全面的诊断和维护解决方案有助于将 工厂停机时间和维护成本降至最低。
高性能提升生产率
性能和精度决定了市场的成功。 精确的运动控制、动态驱动性能、高 速控制器以及设备的确定性同步是实 现卓越生产的关键因素。
在PROFInet设备的一个通信循环周 期内，既包括IRT实时通信，又包括 TCP/IP标准通信。PROFInet通信技 术在很多应用场合都能体现出其极大 的优越性。工程实践表明，在同步运 动控制场合采用PROFInet提供的IRT 通信，系统性能将比采用现场总线方 案提升近100倍。
实时RT（Real-time）通信和同步实 时IRT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。
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：
采用PROFInet通讯技术，不仅可以集成Profibus现场设备，还可以通过代理服务器（Proxy）实 现其它种类的现场总线网络的集成。采用这种统一的面对未来的设计概念，工厂内各部件都可以作为 独立模块预先组装测试，然后在整个系统中轻松组装或在其他项目中重复使用。譬如对于一个汽车生 产企业而言，PROFInet支持的实时解决方案完全可以满足车体车间、喷漆车间和组装部门等对响应 时间的要求，在机械工程及发动机和变速箱生产环节中的车床同步等方面则可使用PROFInet的同步 实时功能。
(1)星形网络 所有的站点连接到中央的偵号分配器(交换机）上，
形成了星形结构网络。在星形网络中，单个站点出问 题不会影响其他站点设备的使用，但中央的交换机出 现故障会造成整个星形网络的瘫痪。星形拓扑。
星形网络的主要优点是:增加或去除站点灵活； 容 易管理、监督和诊断网络；有源网络组建集中在一个 地方，所以容易应对不利的环境因素，如温度、污染 等，另外早独供电也容易头现。其主要缺点是：因为 从交换机到各站点之间是一对一的物理连接，所以布 线麻烦，成本高。
ProfiNet采用标准TCP/IP十以太网作为连接介质，采用标准TCP/IP协 议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网络寻址。它可以同 时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。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Profibus设 备和协议能够原封不动地在 Pet中使用。传统的Profibus设备可通过代理 proxy与ProFiNET上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实 现COM对象间的调用
PROFINet线形网络拓扑结构，每个设备中都集成了 交换机。
PART 03
PROFInet的基本通信方式
PROFInet的基本通 信方式
使用TCP/IP的标准通信
PROFInet使用以太网和TCP/IP协议 作为通信基础，在任何场合下都提供 对TCP/IP通信的绝对支持。
PROFInet设备能够根据通信 要求选择合适的通信方式
自动化领域
PROFInet是一种优越的通信技术，并已成功地应用于分布式智能控制。PROFInet为分布式自动 化系统结构的实现开辟了新的前景，可以实现全厂工程彻底模块化，包括机械部件、电气/电子部件和 应用软件。PROFInet支持各种形式的网络结构，使接线费用最小化，并保证高度的可用性。此外， 特别设计的工业电缆和耐用的连接器满足EMC和温度要求并形成标准，保证了不同制造设备之间的兼 容性。
PROFInet网络结构
PC机
以太网接口
HMI
PN
PN
S7-300
PN
源自文库
PN
双绞线
ET200S
PN
PN
S7-400
PN
PN
线型
（2)线形网络 在FCS中，最常用的网络拓扑形式是总线形，但以太
网中没有纯粹的线形网络拓扑。 线形网络结构的优点非 常突出，比如布线成本最节省，网络安装简单，更换设 备容易等。 PROFINet借助于集成在各个设备中的交换机 实现了线形网络结构。但PROFIBUS相比，PROFINet线 形结构中的某个设备断电时，整个后面的网络就回瘫痪， 所以它不适合用在各站点需要单独断点维护的工业控制 系统中。另外当信息在线形网络中传递时，每经过一个 交换机都会增加信号传输延迟时间，所以只有那些对时 间要求不高的系统中才可使用线形网络。
工业以太网技术特点
1. 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。 2. 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。 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断。
可从设备中读取大量诊断数据，快速定 位故障。通过HTML网站进行 PROFINET设备本地和远程维护。
PART 04
PROFInet的优势
PROFInet的优势
始终如一的开放性
PROFINET采用开放式标准， 可实现独立于制造商的自动化解决 方案。PROFINET是真正的工业以 太网 — 这是从20世纪90年代以来 在工业通信中确立的标准。
灵活实施理念
随着各行业创新和产品生命周期的日益缩 短，快速的响应时间和流程优化对于确保长期 竞争力至关重要。凭借其在工厂结构和生产过 程中的最大灵活性，PROFINET可实现创新性 机器与工厂解决方案。也可以在相对难以访问 的位置集成移动设备。
4丶可扩展 通过PROFINET，即使在运行期间，也可 根据需要扩展网络基础设施。
更高效丶更经济
1丶采用单根电缆即可进行设备和 2丶采用PROFINET进行诊断——方便， 3丶通过集成PROFIenergy行规实现节
工厂通信
快速，可靠
能
PROFINET通过一根电缆即可提供诸多 功能：机器数据和标准IT数据一起运行 。通过减少布线和培训成本，节省集成 时间及成本。
PROFINET的性能优势可提供足够实 力，满足目前及未来需求，不断提高 生产率。
始终如一的开放性
1丶采用统一标准实施一致的端到端通信 凭其优秀的开放性，PROFINET可实现统一的机器/工厂自动化网络， 连接自动化设备和标准以太网设备。 2丶不同制造商组件的连通性和互操作性 无论自动化解决方案使用何种组件，PROFINET都可实现独立于控制 器类型和其他节点的配置。 3丶简便集成现有系统 PROFINET保护既有PROFIBUS投资。譬如，您可以通过更换接口模 块并调整组态，方便的将一个ET200SP控制器转换为PROFINET接 口。或者通过IE/PB LINK PN IO无缝集成整个PROFIBUS网络到4丶 4丶PROFINET.使用PROFINET标准web服务 PROFINET为真正的工业以太网，支持TCP/IP，并可使用web技术 （如访问现场设备的集成web服务器），从而显著简化调试和诊断工 作。考虑到安全机制，还可引入全新远程维护解决方案，甚至是快速 生产切换。阔步实施数字化企业转型。 5丶PROFINET — 可持续性创新 通过PROFINET，可实现确定性响应、微秒级硬实时能力和集成诊断 功能，是工业4.0通信的理想基础。同时，PROFINET还可与OPC UA等前沿标准完美协同，完全符合IEEE标准，客户将显著受益于工 业以太网就带宽、速度、安全性和性能方面的所有进一步发展。 PROFINET属于一种既定标准（IEC 61158/61784）。
PROFInet简介
针对工业应用需求，德国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有 的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案，主要包括：
基于组件对象模型(COM)的分布式自动化系统;
规定了ProfiNet现场总线和标准以太网之间的开放、透明通信;
提供了一个独立于制造商，包括设备层和系统层的系统模型。
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
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ET200S
CP243- 1 S7- 200 CP343- 1 S7- 300 CP443- 1 S7- 400
HMI
以太网接口
PN
双绞线
工业交换机
双绞线
PN
S7-300
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星型
PN
ET200S
基于以太网技术的网络拓扑有多种形式，常见的 有星形、树形、环形，典型代表是星型。线形网络最 适合于在工业控制系统中使用，但传统以太网中很少 有线形网络拓扑。PROFINet 支持包括线形在内的所 有网络拓扑形式。
PROFInet
目录
COMPANY
01 工业以太网与 PROFInet简介
02 网络结构
03 PROFInet的基本 通信方式
04 PROFInet的优势
PART 01
工业以太网与 PROFInet简介
工业以太网简介
工业以太网是基于 以太网技术和 TCP/IP技术开发出 来的一种通信网络， 简单来说工业以太 网就是在工业控制 系统中使用的以太 网，用于工业自动 化环境。
它符合IEEE 802.3 标准，按照IEEE 802.ID “媒体访问 控制（MAC）网桥” 关和IEEE 802.1Q“局域网虚 拟网桥规范，对其 采用没有进行任何 实时扩展而实现的 以太网
通过采用减轻以太网 负荷，提高网络速度， 采用交换式以太网和 全双工通信等技术， 到目前为止可以将工 业以太网的实时响应 速度时间做到 5~10ms，相当于现 有的现场总线。工业 以太网在技术上与商
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，因而在自动化控制领域中得到越来越广泛地应用。
PART 02
PROFInet网络结构
PROFInet网络结构
PC机
由于绝大多数工厂自动化应用场合对实时响应时 间要求较高，为了能够满足自动化中的实时要求， PROFInet中规定了基于以太网层2的优化实时通 信通道，该方案极大地减少了通信栈上占用的时 间，提高了自动化数据刷新方面的性能。 PROFInet不仅最小化了可编程控制器中的通信 栈，而且对网络中传输数据也进行了优化。采用 PROFInet通信标准，系统对实时应用的响应时 间可以缩短到5～10ms。PROFInet同时还支持 高性能同步运动控制应用,在该应用场合 PROFInet提供对100个节点响应时间低于1ms的 同步实时（IRT）通信，该功能是由层2上内嵌 的同步实时交换芯片ERTEC提供的。
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。
更高效，更经济
不断上涨的原材料价格和不断更新的环 境法规促使全球企业必须更经济有效地使用 其资源，尤其是生产。 PROFINET是解决之道。简单的工程设计可 加速调试；可靠的设备可提高工厂可用性。 此外，全面的诊断和维护解决方案有助于将 工厂停机时间和维护成本降至最低。
高性能提升生产率
性能和精度决定了市场的成功。 精确的运动控制、动态驱动性能、高 速控制器以及设备的确定性同步是实 现卓越生产的关键因素。
在PROFInet设备的一个通信循环周 期内，既包括IRT实时通信，又包括 TCP/IP标准通信。PROFInet通信技 术在很多应用场合都能体现出其极大 的优越性。工程实践表明，在同步运 动控制场合采用PROFInet提供的IRT 通信，系统性能将比采用现场总线方 案提升近100倍。
实时RT（Real-time）通信和同步实 时IRT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。
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：
采用PROFInet通讯技术，不仅可以集成Profibus现场设备，还可以通过代理服务器（Proxy）实 现其它种类的现场总线网络的集成。采用这种统一的面对未来的设计概念，工厂内各部件都可以作为 独立模块预先组装测试，然后在整个系统中轻松组装或在其他项目中重复使用。譬如对于一个汽车生 产企业而言，PROFInet支持的实时解决方案完全可以满足车体车间、喷漆车间和组装部门等对响应 时间的要求，在机械工程及发动机和变速箱生产环节中的车床同步等方面则可使用PROFInet的同步 实时功能。
(1)星形网络 所有的站点连接到中央的偵号分配器(交换机）上，
形成了星形结构网络。在星形网络中，单个站点出问 题不会影响其他站点设备的使用，但中央的交换机出 现故障会造成整个星形网络的瘫痪。星形拓扑。
星形网络的主要优点是:增加或去除站点灵活； 容 易管理、监督和诊断网络；有源网络组建集中在一个 地方，所以容易应对不利的环境因素，如温度、污染 等，另外早独供电也容易头现。其主要缺点是：因为 从交换机到各站点之间是一对一的物理连接，所以布 线麻烦，成本高。
ProfiNet采用标准TCP/IP十以太网作为连接介质，采用标准TCP/IP协 议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网络寻址。它可以同 时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。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Profibus设 备和协议能够原封不动地在 Pet中使用。传统的Profibus设备可通过代理 proxy与ProFiNET上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实 现COM对象间的调用
PROFINet线形网络拓扑结构，每个设备中都集成了 交换机。
PART 03
PROFInet的基本通信方式
PROFInet的基本通 信方式
使用TCP/IP的标准通信
PROFInet使用以太网和TCP/IP协议 作为通信基础，在任何场合下都提供 对TCP/IP通信的绝对支持。
PROFInet设备能够根据通信 要求选择合适的通信方式
自动化领域
PROFInet是一种优越的通信技术，并已成功地应用于分布式智能控制。PROFInet为分布式自动 化系统结构的实现开辟了新的前景，可以实现全厂工程彻底模块化，包括机械部件、电气/电子部件和 应用软件。PROFInet支持各种形式的网络结构，使接线费用最小化，并保证高度的可用性。此外， 特别设计的工业电缆和耐用的连接器满足EMC和温度要求并形成标准，保证了不同制造设备之间的兼 容性。
PROFInet网络结构
PC机
以太网接口
HMI
PN
PN
S7-300
PN
源自文库
PN
双绞线
ET200S
PN
PN
S7-400
PN
PN
线型
（2)线形网络 在FCS中，最常用的网络拓扑形式是总线形，但以太
网中没有纯粹的线形网络拓扑。 线形网络结构的优点非 常突出，比如布线成本最节省，网络安装简单，更换设 备容易等。 PROFINet借助于集成在各个设备中的交换机 实现了线形网络结构。但PROFIBUS相比，PROFINet线 形结构中的某个设备断电时，整个后面的网络就回瘫痪， 所以它不适合用在各站点需要单独断点维护的工业控制 系统中。另外当信息在线形网络中传递时，每经过一个 交换机都会增加信号传输延迟时间，所以只有那些对时 间要求不高的系统中才可使用线形网络。
工业以太网技术特点
1. 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。 2. 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。 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断。
可从设备中读取大量诊断数据，快速定 位故障。通过HTML网站进行 PROFINET设备本地和远程维护。
PART 04
PROFInet的优势
PROFInet的优势
始终如一的开放性
PROFINET采用开放式标准， 可实现独立于制造商的自动化解决 方案。PROFINET是真正的工业以 太网 — 这是从20世纪90年代以来 在工业通信中确立的标准。
灵活实施理念
随着各行业创新和产品生命周期的日益缩 短，快速的响应时间和流程优化对于确保长期 竞争力至关重要。凭借其在工厂结构和生产过 程中的最大灵活性，PROFINET可实现创新性 机器与工厂解决方案。也可以在相对难以访问 的位置集成移动设备。
4丶可扩展 通过PROFINET，即使在运行期间，也可 根据需要扩展网络基础设施。
更高效丶更经济
1丶采用单根电缆即可进行设备和 2丶采用PROFINET进行诊断——方便， 3丶通过集成PROFIenergy行规实现节
工厂通信
快速，可靠
能
PROFINET通过一根电缆即可提供诸多 功能：机器数据和标准IT数据一起运行 。通过减少布线和培训成本，节省集成 时间及成本。
PROFINET的性能优势可提供足够实 力，满足目前及未来需求，不断提高 生产率。
始终如一的开放性
1丶采用统一标准实施一致的端到端通信 凭其优秀的开放性，PROFINET可实现统一的机器/工厂自动化网络， 连接自动化设备和标准以太网设备。 2丶不同制造商组件的连通性和互操作性 无论自动化解决方案使用何种组件，PROFINET都可实现独立于控制 器类型和其他节点的配置。 3丶简便集成现有系统 PROFINET保护既有PROFIBUS投资。譬如，您可以通过更换接口模 块并调整组态，方便的将一个ET200SP控制器转换为PROFINET接 口。或者通过IE/PB LINK PN IO无缝集成整个PROFIBUS网络到4丶 4丶PROFINET.使用PROFINET标准web服务 PROFINET为真正的工业以太网，支持TCP/IP，并可使用web技术 （如访问现场设备的集成web服务器），从而显著简化调试和诊断工 作。考虑到安全机制，还可引入全新远程维护解决方案，甚至是快速 生产切换。阔步实施数字化企业转型。 5丶PROFINET — 可持续性创新 通过PROFINET，可实现确定性响应、微秒级硬实时能力和集成诊断 功能，是工业4.0通信的理想基础。同时，PROFINET还可与OPC UA等前沿标准完美协同，完全符合IEEE标准，客户将显著受益于工 业以太网就带宽、速度、安全性和性能方面的所有进一步发展。 PROFINET属于一种既定标准（IEC 61158/61784）。
PROFInet简介
针对工业应用需求，德国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有 的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案，主要包括：
基于组件对象模型(COM)的分布式自动化系统;
规定了ProfiNet现场总线和标准以太网之间的开放、透明通信;
提供了一个独立于制造商，包括设备层和系统层的系统模型。