PROFINET总线技术基础
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通信速率略低于PROFINET IO。
39
2、系统基本组成
上位机
HMI
工业交换机
接口 接口
标准组件1 完成标准任务1
接口 接口
标准组件2 完成标准任务2
…… ……
接口 接口
标准组件n 完成标准任务n
每个标准组件是由控制器、分布式I/O设备、监 视设备、检测装置、执行机构等组合而成。
40
3、特点 减少了系统的设计工作量。 模块化的组件具有高度的独立性和完整性，减少了
时，ET200S的输出端口外接指示灯HL21以1HZ频率 闪烁。当按下SB12时，HL21灭。 2.ET200S的输入端口外接按钮SB21和SB22，当按下 SB21时，CPU314C-2PN/DP的输出端口外接指示灯 HL11以2HZ频率闪烁。当按下SB22时，HL11灭。
PN
S7-300
PN
PN
双绞线
ET200S
PN
PN
S7-400
PN
PN
线型
要求使用带有交换功能的设备！
18
三、传输介质和连接器
1、传输介质
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。
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
3、组态要求 网络中的节点必须分配设备名称。设备名称必须符合
要求。例如：CPU314C分配名称为PLC01，人机界面分 配名称为HMI02。 网络中的节点必须分配IP地址，各IP地址要在同一网 段内。例如：HMI的IP地址为255.255.255.1.2， CPU314C的IP地址为255.255.255.1.3。 网络中节点的子网掩码相同。例如：255.255.255.0。 如果节点之间采用通信报文方式传输数据，必须建立 通讯伙伴关系。
32
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。
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。
7
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
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。
16
二、网络结构
PC机
HMIቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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 17
PN
ET200S
PC机
以太网接口
HMI
PN
2DI×5
电源模块 PM-E
DC24..48V
数字量输出 模块
2D0×5
ET200S
44
I/O控制器选用S7-300系列的CPU314C-2PN/DP，该型 号是紧凑型PLC，自带24个数字量输入端口，16个数 字量输出端口，5个模拟量输入端口，2个模拟量输出 端口，2个PROFINET接口，1个MPI/DP接口。订货号： 6ES7 314-6EH04-0AB0。
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
RJ45
2 3
6
1
RJ45
2 3
6
交叉连接
直通连接
13
1
2 3
RJ45
6
1
2 3
RJ45
6
3、检查
14
第二节 PROFINET基础
概述 网络结构 传输介质和连接器 PROFINET与PROFIBUS的比较
15
一、概述 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。
22
IP67防护型
M12连接器(4芯)
A型
3 4
2
1
D型
B型
23
混合连接器 可同时进行通信和24V供电。
电缆与连接器的连接方法
名称 功能 导线颜色 RJ45
M12
TD+ 发送数据 黄
1
1
TD- 发送数据 橙
2
3
RD+ 接收数据 白
3
2
RD- 接收数据 蓝
6
4
24
四、PROFINET与PROFIBUS的比较
符串"port-xyz-"(x，y，z = 0...9)开头。
38
二、PROFINET CBA(Commponent-Based Automation) 1、简介
把典型的控制环节做成标准组件，这些标准组件 可以完成不同的标准控制任务。一个复杂的控制任务 ，可以分解成若干个不同的标准任务。
从中选择不同的标准组件连接成一个网络，对这 些标准组件的工作进行协调，就能完成一个复杂的控 制任务。PROFINET CBA就是模块化的现场总线网络， 它特别适用于大型控制系统。
CP343- 1 S7- 300
CP443- 1 S7- 400
5
常见网络结构
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
6
二、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
系统的调试工作量。 简化了系统的维护工作量。
41
4、使用要求 标准组件通常由设备制造商提供，采用标准化的
PCD(Profinet Component Description)文件描述。 PCD文件应用XML生成并存储。硬件组态时需要这个 文件。 为了完成某个特殊任务，需要设计者创建组件，并 生成PCD文件。
25
第三节 PROFINET的通信技术
通信协议模型 通信等级 通信通道模型 等时同步实时通信
26
一、通信协议模型
ISO/OSI
PROFINET
7b PROFINET IO 服务(IEC61784) PROFINET IO 协议(IEC61158)
PROFINET CBA (IEC 61158)
7a
无连接RPC 面向连接RPC(DCOM)
6
5
4
UDP(RFC768)
TCP(RFC793)
3
IP(RFC791)
2 IEEE 802.3全双工 IEEE802.1优先标识
1 IEEE 802.3 100BASE-TX，100BASE-FX
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。
IO监视器：读写I/O控制器的数据，上位机可编写、 上传、下载、调试控制器的程序，上位机、HMI可对 系统实现可视化监控。
IO设备：连接现场分散的检测装置、执行机构。传递 现场采集的各类数据，传递执行机构的控制指令。
I/O控制器、I/O监视器、I/O设备都是PROFINET 网络中的节点！
36
特点 单股导体 较软电缆 软电缆 耐腐蚀
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
19
GP2×2 A型
黄色/橙色用于发送信号，白色/蓝色用于接收信号。
20
2、连接器 RJ45连接器 M12连接器 混合连接器
21
RJ45连接器
IP20防护FC型(工业中常用)
IP20防护普通型
作为中距离信息传输，光纤作为远距离信息传输。 多芯双绞线常用的有8芯、4芯两种，使用RJ45(俗
称水晶头)连接器作接线端子。RJ45有8芯和4芯两种。
8
1、8芯双绞线和连接器
9
RJ45的安装方法
10
2、4芯双绞线和连接器
11
RJ45的安装方法
12
1-橙白 2-橙 3-绿白 6-绿
1
37
设备名称要求(适用于STEP7 V5.5版本)： 名称总长度不得超过127个字符，名称如果用句点分
段，句点之间的字符串长度不得超过63个。 不得使用诸如元音变音、括号、下划线、斜线、空
格等符号。 可以使用字母、数字、短划线和句点。 不得以“-”或“.”开头或结束，不得以数字开始。 名称格式不得为n.n.n.n (n = 0...999)，不得以字
TCP/IP
RTC1/RTC2/RTC3
Ethernet SRT
IRT
30
IT的应用协议用于设备的参数化、诊断数据读取。 实时SRT用于高性能的数据通信。 等时通信IRT用于抖动时间小于1us的等时模式。 RTC1适合于周期性数据传输，可满足大部分工厂自
动化的应用要求。 RTC2/RTC3需要特殊的硬件支持，分别用于实现高性
能的控制任务和运动控制任务。
31
四、等时同步实时通信(IRT) 高精度的运动控制要求循环刷新时间小于1ms,循
环周期的抖动时间不大于1us。因此，PROFINET在通信 协议中定义了基于时间间隔的传输方法IRT。
IRT通讯方式可以使参与控制的网络中各个节点的 时钟准确同步，以便使各节点上的控制功能可以按一 定的时序协调动作。
PS307-5A是电源，订货号：6ES7 307-1EA01-0AA0。 选用的I/O设备ET200S是机架式模块化结构，由通讯
模块、电源模块和数字量输入/输出模块组成。
45
通讯模块IM151-3的订货号：6ES7 151-3BA23-0AB0。 电源模块PM-E的订货号：6ES7 138-4CA50-0AB0。两
42
第五节 PROFINET IO的组态
系统组成 任务要求 硬件电路 组态过程 程序编写 仿真调试
43
一、系统组成
PS307-5A
CPU314C-2PN/DP PN
1#
2～6#
7#
8～12#
LAN
通讯模块 IM151-3 PN
电源模块 PM-E
DC24..48V
数字量输入 模块
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
PROFINET IO支持实时通信(RT)和等时同步通信 (IRT)工作模式。数据传输速率高于PROFIBUS—DP。
34
2、系统基本组成
IO 监视器
IO 控制器
PLC PROFINET
ET200S
上位机
HMI
工业交换机
IO 设备
变频器
G
M
35
IO控制器：读写I/O设备的过程数据，接收I/O设备的 报警诊断信息，执行自动化控制程序。
2. 软实时(SRT)技术用于对通讯速率要求较高的数据传 输。如高精度过程控制、中精度的运动控制等。
3. 等时同步实时(IRT)技术用于对通讯速率要求高的数 据传输。如高精度的运动控制等。
29
三、通信通道模型
IT应用 HTTP SNMP DHCP
PROFINET应用 标准数据 实时数据
提出的一种基于以太网的工业通讯模式，它遵循国际 标准IEEE802.3。
工业以太网和局域网都是采用TCP/IP协议，因而 可以直接和局域网的计算机互连，便于共享网络中的 数据，可以用IE浏览器访问终端数据。
4
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
CP243- 1 S7- 200
个电源分别给数字量输入和输出模块供电。 数字量输入模块ET200S-2DI，有两个24V直流输入端
口。订货号：6ES7 131-4BB01-0AB0。 数字量输出模块ET200S-2DO，有两个24V/0.5A直流输
出端口。订货号：6ES7 132-4BB01-0AB0。
46
二、任务要求 1.CPU314C-2PN/DP外接按钮SB11和SB12，当按下SB11
39
2、系统基本组成
上位机
HMI
工业交换机
接口 接口
标准组件1 完成标准任务1
接口 接口
标准组件2 完成标准任务2
…… ……
接口 接口
标准组件n 完成标准任务n
每个标准组件是由控制器、分布式I/O设备、监 视设备、检测装置、执行机构等组合而成。
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3、特点 减少了系统的设计工作量。 模块化的组件具有高度的独立性和完整性，减少了
时，ET200S的输出端口外接指示灯HL21以1HZ频率 闪烁。当按下SB12时，HL21灭。 2.ET200S的输入端口外接按钮SB21和SB22，当按下 SB21时，CPU314C-2PN/DP的输出端口外接指示灯 HL11以2HZ频率闪烁。当按下SB22时，HL11灭。
PN
S7-300
PN
PN
双绞线
ET200S
PN
PN
S7-400
PN
PN
线型
要求使用带有交换功能的设备！
18
三、传输介质和连接器
1、传输介质
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。
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
3、组态要求 网络中的节点必须分配设备名称。设备名称必须符合
要求。例如：CPU314C分配名称为PLC01，人机界面分 配名称为HMI02。 网络中的节点必须分配IP地址，各IP地址要在同一网 段内。例如：HMI的IP地址为255.255.255.1.2， CPU314C的IP地址为255.255.255.1.3。 网络中节点的子网掩码相同。例如：255.255.255.0。 如果节点之间采用通信报文方式传输数据，必须建立 通讯伙伴关系。
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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。
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。
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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
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。
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二、网络结构
PC机
HMIቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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 17
PN
ET200S
PC机
以太网接口
HMI
PN
2DI×5
电源模块 PM-E
DC24..48V
数字量输出 模块
2D0×5
ET200S
44
I/O控制器选用S7-300系列的CPU314C-2PN/DP，该型 号是紧凑型PLC，自带24个数字量输入端口，16个数 字量输出端口，5个模拟量输入端口，2个模拟量输出 端口，2个PROFINET接口，1个MPI/DP接口。订货号： 6ES7 314-6EH04-0AB0。
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
RJ45
2 3
6
1
RJ45
2 3
6
交叉连接
直通连接
13
1
2 3
RJ45
6
1
2 3
RJ45
6
3、检查
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第二节 PROFINET基础
概述 网络结构 传输介质和连接器 PROFINET与PROFIBUS的比较
15
一、概述 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。
22
IP67防护型
M12连接器(4芯)
A型
3 4
2
1
D型
B型
23
混合连接器 可同时进行通信和24V供电。
电缆与连接器的连接方法
名称 功能 导线颜色 RJ45
M12
TD+ 发送数据 黄
1
1
TD- 发送数据 橙
2
3
RD+ 接收数据 白
3
2
RD- 接收数据 蓝
6
4
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四、PROFINET与PROFIBUS的比较
符串"port-xyz-"(x，y，z = 0...9)开头。
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二、PROFINET CBA(Commponent-Based Automation) 1、简介
把典型的控制环节做成标准组件，这些标准组件 可以完成不同的标准控制任务。一个复杂的控制任务 ，可以分解成若干个不同的标准任务。
从中选择不同的标准组件连接成一个网络，对这 些标准组件的工作进行协调，就能完成一个复杂的控 制任务。PROFINET CBA就是模块化的现场总线网络， 它特别适用于大型控制系统。
CP343- 1 S7- 300
CP443- 1 S7- 400
5
常见网络结构
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
6
二、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
系统的调试工作量。 简化了系统的维护工作量。
41
4、使用要求 标准组件通常由设备制造商提供，采用标准化的
PCD(Profinet Component Description)文件描述。 PCD文件应用XML生成并存储。硬件组态时需要这个 文件。 为了完成某个特殊任务，需要设计者创建组件，并 生成PCD文件。
25
第三节 PROFINET的通信技术
通信协议模型 通信等级 通信通道模型 等时同步实时通信
26
一、通信协议模型
ISO/OSI
PROFINET
7b PROFINET IO 服务(IEC61784) PROFINET IO 协议(IEC61158)
PROFINET CBA (IEC 61158)
7a
无连接RPC 面向连接RPC(DCOM)
6
5
4
UDP(RFC768)
TCP(RFC793)
3
IP(RFC791)
2 IEEE 802.3全双工 IEEE802.1优先标识
1 IEEE 802.3 100BASE-TX，100BASE-FX
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。
IO监视器：读写I/O控制器的数据，上位机可编写、 上传、下载、调试控制器的程序，上位机、HMI可对 系统实现可视化监控。
IO设备：连接现场分散的检测装置、执行机构。传递 现场采集的各类数据，传递执行机构的控制指令。
I/O控制器、I/O监视器、I/O设备都是PROFINET 网络中的节点！
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特点 单股导体 较软电缆 软电缆 耐腐蚀
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
19
GP2×2 A型
黄色/橙色用于发送信号，白色/蓝色用于接收信号。
20
2、连接器 RJ45连接器 M12连接器 混合连接器
21
RJ45连接器
IP20防护FC型(工业中常用)
IP20防护普通型
作为中距离信息传输，光纤作为远距离信息传输。 多芯双绞线常用的有8芯、4芯两种，使用RJ45(俗
称水晶头)连接器作接线端子。RJ45有8芯和4芯两种。
8
1、8芯双绞线和连接器
9
RJ45的安装方法
10
2、4芯双绞线和连接器
11
RJ45的安装方法
12
1-橙白 2-橙 3-绿白 6-绿
1
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设备名称要求(适用于STEP7 V5.5版本)： 名称总长度不得超过127个字符，名称如果用句点分
段，句点之间的字符串长度不得超过63个。 不得使用诸如元音变音、括号、下划线、斜线、空
格等符号。 可以使用字母、数字、短划线和句点。 不得以“-”或“.”开头或结束，不得以数字开始。 名称格式不得为n.n.n.n (n = 0...999)，不得以字
TCP/IP
RTC1/RTC2/RTC3
Ethernet SRT
IRT
30
IT的应用协议用于设备的参数化、诊断数据读取。 实时SRT用于高性能的数据通信。 等时通信IRT用于抖动时间小于1us的等时模式。 RTC1适合于周期性数据传输，可满足大部分工厂自
动化的应用要求。 RTC2/RTC3需要特殊的硬件支持，分别用于实现高性
能的控制任务和运动控制任务。
31
四、等时同步实时通信(IRT) 高精度的运动控制要求循环刷新时间小于1ms,循
环周期的抖动时间不大于1us。因此，PROFINET在通信 协议中定义了基于时间间隔的传输方法IRT。
IRT通讯方式可以使参与控制的网络中各个节点的 时钟准确同步，以便使各节点上的控制功能可以按一 定的时序协调动作。
PS307-5A是电源，订货号：6ES7 307-1EA01-0AA0。 选用的I/O设备ET200S是机架式模块化结构，由通讯
模块、电源模块和数字量输入/输出模块组成。
45
通讯模块IM151-3的订货号：6ES7 151-3BA23-0AB0。 电源模块PM-E的订货号：6ES7 138-4CA50-0AB0。两
42
第五节 PROFINET IO的组态
系统组成 任务要求 硬件电路 组态过程 程序编写 仿真调试
43
一、系统组成
PS307-5A
CPU314C-2PN/DP PN
1#
2～6#
7#
8～12#
LAN
通讯模块 IM151-3 PN
电源模块 PM-E
DC24..48V
数字量输入 模块
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
PROFINET IO支持实时通信(RT)和等时同步通信 (IRT)工作模式。数据传输速率高于PROFIBUS—DP。
34
2、系统基本组成
IO 监视器
IO 控制器
PLC PROFINET
ET200S
上位机
HMI
工业交换机
IO 设备
变频器
G
M
35
IO控制器：读写I/O设备的过程数据，接收I/O设备的 报警诊断信息，执行自动化控制程序。
2. 软实时(SRT)技术用于对通讯速率要求较高的数据传 输。如高精度过程控制、中精度的运动控制等。
3. 等时同步实时(IRT)技术用于对通讯速率要求高的数 据传输。如高精度的运动控制等。
29
三、通信通道模型
IT应用 HTTP SNMP DHCP
PROFINET应用 标准数据 实时数据
提出的一种基于以太网的工业通讯模式，它遵循国际 标准IEEE802.3。
工业以太网和局域网都是采用TCP/IP协议，因而 可以直接和局域网的计算机互连，便于共享网络中的 数据，可以用IE浏览器访问终端数据。
4
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
CP243- 1 S7- 200
个电源分别给数字量输入和输出模块供电。 数字量输入模块ET200S-2DI，有两个24V直流输入端
口。订货号：6ES7 131-4BB01-0AB0。 数字量输出模块ET200S-2DO，有两个24V/0.5A直流输
出端口。订货号：6ES7 132-4BB01-0AB0。
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二、任务要求 1.CPU314C-2PN/DP外接按钮SB11和SB12，当按下SB11