自學工業控制網絡之路2.2-PROFINET

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自學工業控制網絡之路2.2-PROFINET

PROFINET由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基於工業以太網技術的自動化總線標準。

PROFINET爲自動化通訊領域提供了一個完整的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控制、分佈式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，而且，做爲跨供應商的技術，能夠徹底兼容工業以太網和現有的現場總線（如PROFIBUS）技術，保護現有投資。

1、 PROFINET

 1.1 PROFINET 網絡鏈接

  網絡拓撲形式能夠星型、樹型、總線型、環型和混合型， 但以交換機支持下的星型分段以太網爲主。

  電纜：Cu/Cu通訊電纜  或 Cu/FO銅纜/光纜，  也可以使用光纜。

             電纜的插頭鏈接器通常爲RJ45 ， 按照工業防禦性能等級分IP20和IP67兩種。 IP20 通常用於辦公室，IP65/IP67用於條件惡劣的環境。

  交換機：專用ASIC的交換機。

 1.2  PROFINET 的IO設備及其數據交換

 PROFINET 定義了兩種數據交換方式：

•   分散式IO設備（PROFINET IO）：適用於具備簡單I/O接口的現場設備的數據通訊。 
•   分散式自動化設備（PROFINET CBA）：適用於具備可編程功能的智能現場設備和自動化設備，以便對網絡中的各類設備的交換數據進行組態、定義、集成和控制。

 

 

 

 

 

2、 PROFINET主要模塊

PROFINET是適用於不一樣需求的完整解決方案，其功能包括8個主要的模塊，依次爲實時通訊、分佈式現場設備、運動控制、分佈式自動化、網絡安裝、IT標準和信息安全、故障安全和過程自動化。 

2.1 PROFINET實時通訊 

　根據響應時間的不一樣，PROFINET支持下列三種通信方式： 
（a）TCP/IP標準通信

　PROFINET基於工業以太網技術，使用TCP/IP和IT標準。TCP/IP 是IT 領域關於通訊協議方面事實上的標準，儘管其響應時間大概在100 ms的量級，不過，對於工廠控制級的應用來講，這個響應時間就足夠了。 
（b）實時（RT）通信 

   對於傳感器和執行器設備之間的數據交換，系統對響應時間的要求更爲嚴格，所以，PROFINET提供了一個優化的、基於以太網第二層（Layer 2）的實時通信通道，經過該實時通道，極大地減小了數據在通信棧中的處理時間，PROFINET實時通信（RT）的典型響應時間是5－10ms 

（c）同步實時（IRT）通信 

在現場級通信中，對通信實時性要求最高的是運動控制（Motion Control），PROFINET的同步實時（Isochronous Real-Time, IRT）技術能夠知足運動控制的高速通信需求，在100個節點下，其響應時間要小於1ms，抖動偏差要小於1μs，以此來保證及時的、肯定的響應。

總結以下：

• TCP/IP是針對PROFINET CBA及工廠調試用，其反應時間約爲100ms。
• RT（實時）通信協定是針對PROFINET CBA及PROFINET IO的應用，其反應時間小於10ms。
• IRT（等時實時）通信協定是針對驅動系統的PROFINET IO通信，其反應時間小於1ms。

2.2. PROFINET分佈式現場設備： 　　

經過集成PROFINET接口，分佈式現場設備能夠直接鏈接到PROFINET上。 　　

對於現有的現場總線通信系統，能夠經過代理服務器實現與PROFINET的透明鏈接。

例如，經過IE/PB Link（PROFINET和PROFIBUS之間的代理服務器）能夠強一個PROFIBUS網絡透明的集成到PROFINET當中，PROFIBUS各類豐富的設備診斷功能一樣也適用於PROFINET。對於其餘類型的現場總線，能夠經過一樣的方式，使用一個代理服務器將現場總線網絡接入到PROFINET當中。

2.3 PROFINET運動控制 　　

經過PROFINET的同步實時（IRT）功能，能夠輕鬆實現對伺服運動控制系統的控制。 

在PROFINET同步實時通信中，每一個通信週期被分紅兩個不一樣的部分，一個是循環的、肯定的部分，稱之爲實時通道；另一個是標準通道，標準的TCP/IP數據經過這個通道傳輸。 

在實時通道中，爲實時數據預留了固定循環間隔的時間窗，而實時數據老是按固定的次序插入，所以，實時數據就在固定的間隔被傳送，循環週期中剩餘的時間用來傳遞標準的TCP/IP數據。兩種不一樣類型的數據就能夠同時在PROFINET上傳遞，並且不會互相干擾。經過獨立的實時數據通道，保證對伺服運動系統的可靠控制。 　　

2.4 PROFINET與分佈式自動化 

隨着現場設備智能程度的不斷提升，自動化控制系統的分散程度也愈來愈高。工業控制系統正由分散式自動化向分佈式自動化演進，所以，基於組件的自動化（Component Based Automation，CBA）成爲新興的趨勢。工廠中的相關的機械部件、電氣/電子部件和應用軟件等具備獨立工做能力的工藝模塊抽象成爲一個封裝好的組件，各組件間使用PROFINET鏈接。經過SIMATIC iMap軟件，便可用圖形化組態的方式實現各組件間的通信配置，不須要另外編程，大大簡化了系統的配置及調試過程 
經過模塊化這一成功理念，能夠顯著下降機器和工廠建設中的組態與上線調試時間。在使用分佈式智能系統或可編程現場設備、驅動系統和I/O時，還能夠擴展使用模塊化理念，從機械應用擴展到自動化解決方案。另外，也能夠將一條生產線的單個機器做爲生產線或過程當中的一個"標準模塊"進行定義。做爲設備與工廠設計者，工藝模塊化可以更容易、更好地對您的設備與系統進行標準化和再利用。使您可以對不一樣的客戶要求更快、更具靈活性地做出反應。您能夠對各臺設備和廠區提早進行預先測試--極大地縮短系統上線調試階段。做爲系統操做者，從現場設備到管理層，你均可以從IT標準的通用通信中得到好處。對現有系統進行擴展也很容易。

2.5 PROFINET網絡安裝 　　

PROFINET支持除星形、總線形和環形拓撲結構。

爲了減小布線費用，並保證高度的可用性和靈活性，PROFINET提供了大量的工具幫助用戶方便的實現PROFINET的安裝。特別設計的工業電纜和耐用鏈接器知足EMC和溫度要求，而且在PROFINET框架內造成標準化，保證了不一樣製造商設備之間的兼容性。 

2.6 PROFINET IT標準與網絡安全 　　

PROFINET的一個重要特徵就是能夠同時傳遞實時數據和標準的TCP/IP數據。在其傳遞TCP/IP數據的公共通道中，各類業已驗證的IT技術均可以使用（如http、HTML、SNMP、DHCP和XML等）。在使用PROFINET的時候，咱們可使用這些IT標準服務增強對整個網絡的管理和維護，這意味着調試和維護中的成本的節省。 

PROFINET實現了從現場級到管理層的縱向通信集成，一方面，方便管理層獲取現場級的數據，另外一方面，本來在管理層存在的數據安全性問題也延伸到了現場級。爲了保證現場級控制數據的安全，PROFINET提供了特有的安全機制，經過使用專用的安全模塊，能夠保護自動化控制系統，使自動化通信網絡的安全風險最小化。 

2.7 PROFINET故障安全 　　

在過程自動化領域中，故障安全是至關重要的一個概念。所謂故障安全，即指當系統發生故障或出現致命錯誤時，系統可以恢復到安全狀態（即"零"態），在這裏，安全有兩個方面的含義，一方面是指操做人員的安全，另外一方面指整個系統的安全，由於在過程自動化領域中，系統出現故障或致命錯誤時極可能會致使整個系統的爆炸或毀壞。故障安全機制就是用來保證系統在故障後能夠自動恢復到安全狀態，不會對操做人員和過程控制系統形成損害。 

PROFINET集成了PROFISafe行規，實現了IEC61508中規定的SIL3等級的故障安全，很好的保證的整個系統的安全。 

2.8 PROFINET與過程自動化 　　

PROFINET不只能夠用於工廠自動化場合，也同時面對過程自動化的應用。工業界針對工業以太網總線供電，及以太網應用在本質安全區域的問題的討論正在造成標準或解決方案。PROFIBUS國際組織計劃在2006年的時候會提出PROFINET進入過程自動化現場級應用方案。 
　　經過代理服務器技術，PROFINET能夠無縫的集成現場總線PROFIBUS和其它總線標準。今天，PROFIBUS是世界範圍內惟一可覆蓋從工廠自動化場合到過程自動化應用的現場總線標準。集成PROFIBUS現場總線解決方案的PROFINET是過程自動化領域應用的完美體驗。 
　　做爲國際標準IEC61158的重要組成部分，PROFINET是徹底開放的協議，PROFIBUS國際組織的成員公司在2004年的漢諾威展覽會上推出了大量的帶有PROFINET接口的設備，爲PROFINET技術的推廣和普及起到了積極的做用。隨着時間的流逝，做爲面向將來的新一代工業通信網絡標準，PROFINET必將爲您和您的自動化控制系統帶來更大的收益和便利。

 

 

 

 

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