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：0

【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）。PROFInet方案可以用一条等式简单而明了地描述:PROFInet=Profibus+具有PROFIBUS和IT标准Ethernet的开放的、一致的通信。

2.1 PROFInet设备的软件结构

PROFInet设备的软件覆盖了现场设备的整个运行期通信,基于模块化设计的软件包含若干通信层,每层都与系统环境一致。PROFInet软件主要包括一个RPC（Remote Procedure Call）层,一个DCOM（Distributed Component Object Model）层和一个专门为PROFInet对象定义的层。PROFInet对象可以是ACCO（Active Connection Control Object）设备、RT auto （Runtime Automation）设备、物理设备或逻辑设备。软件中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与以太网间的实时通信服务。PROFInet通过系统接口连接到操作系统（如WinCE）,通过应用接口连接到控制器（如PLC）。

PROFInet的运行期软件位于一个目录固定的结构中,可以分为核心目录和系统应用目录。若通信开始而核心目录中的文件未改变,则系统应用目录中的部分文件必须重建。所有的系统应用都是指向系统接口和应用接口,实现PROFInet设备的各项功能。PROFInet设备的软件结构可以用图1描述如下:

PROFInet设备的软件结构决定了PROFInet设备可以从企业管理层到现场层直接、透明地访问,并且提供对TCP/IP协议的绝对支持。PROFInet技术使企业用户能够方便地对现有的系统进行扩展和集成,是一种优化的工业以太网通信标准。

2.2 PROFInet在现场设备上的移植

作为一种开放的资源,PROFInet软件通过移植到设备上的TCP/IP协议栈来完成在其他设备制造商的产品中快速而简单地实现。具体过程为:首先将开放资源的RPC接口连接到TCP/IP协议栈和设备操作系统中的系统集成;然后再将PROFInet协议栈的DCOM（Discrete Component Object Module）机制集成到设备的操作系统中;最后实现物理设备和逻辑设备对象、运行期对象和活动控制连接对象的设备专用的DCOM应用。为单个部件组装PROFInet 设备时还必须用XML创建相应的描述。一个PROFInet设备的XML文件中应包括下列数据:（1）PROFInet设备的名称和ID号;（2）PROFInet设备的IP地址,诊断数据的访问方式和设备连接方式;（3）PROFInet设备的硬件分配,设备接口以及为各接口定义的变量、数据类型与格式;（4）PROFInet设备在整个工程中的保存地址。

PROFInet设备将它的所有功能封装到其软件中,并提供变量接口与其它的PROFInet设备相连。变量接口的每个变量都代表一个确定的子功能,包括运行、输入/输出使能、复位、结束、停机、启动和错误。一个PROFInet设备中封装的可以是一个控制器、一个执行器甚至是一个控制网络。图2所示的PROFInet设备中封装了一个Profibus-DP控制网络。

PROFInet设备之间通过DCOM模块进行通信。在PROFInet设备连接编辑器的图形界面中可以方便地实现各PROFInet设备间的连接。一个具有冲洗、灌装、封口和包装4个环节的饮料生产厂家的生产流程可以用4个PROFInet设备串连连接实现（见图3）。

所有设备的接口都在PROFInet中做了一致的定义,因此都能够灵活地组合和重新使用,用户不必考虑各设备的内部运行机制。此外,PROFInet还集成了故障安全通信标准行规PROFIsafe,满足对人员、设备和环境的全面安全的需求,可用于故障安全应用。

3 PROFInet通信功能的实现

PROFInet设备通信功能的实现是基于传统的Ethernet通信机制（如TCP或UDP）,同时又采用RPC和DCOM机制进行加强。DCOM可视为用于基于RPC分布式应用的COM 技术的扩展,可以采用优化的实时通信机制应用于对实时性要求苛刻的应用领域。在运行期间,PROFInet设备以DCOM对象的形式映像,通过对象协议机制确保了DCOM对象的通信。COM对象作为PDU以DCOM协议定义的形式出现在通信总线上。通过DCOM布线协议DCOM定义了对象的标识和具有有关接口和参数的方法,这样就可以在通信总线上进行标准化的DCOM信息包的传输。对于更高层次上的通信,PROFInet可以采用集成OPC（OLE for Process Control）接口技术的方式。

3.1 PROFInet的基本通信方式

PROFInet根据不同的应用场合定义了三种不同的通信方式:使用TCP/IP的标准通信;实时RT（Real-time）通信和同步实时IRT通信。PROFInet设备能够根据通信要求选择合适的通信方式。

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。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。PROFInet的通信循环如图4所示。

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。

3.2 PROFInet与OPC的集成

由于PROFInet与OPC均采用了DCOM通讯机制,因此PROFInet通讯技术可以很容易地与OPC接口技术集成,以实现数据在更高通信层次上的交换。OPC接口设备在工控领域的应用十分广泛,OPC接口技术定义了OPC DA（Data Access）与OPC DX（Data Exchange）两个通信标准,分别应用于传输实时数据和实现异类控制网络间数据的交换。在PROFInet中集成OPC DX接口可以实现一个开放的连接至其他系统,集成机制如下:

（1）基于PROFInet的实时通信机制,每个PROFInet节点可以作为一个OPC服务器被寻址;

（2）每个OPC服务器可以通过标准接口而作为一个PROFInet节点被操作。PROFInet 的功能性远比OPC优越,PROFInet技术与OPC接口技术的集成不仅可以实现自动化领域对实时通信的要求,还可以实现系统之间在更高层次上的交互。

4 PROFInet在自动化领域的应用

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（如图5所示）:

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。

5 结束语

PROFInet可以保证对现有系统投资的高度保护,并使工厂拥有创新标准的优越性。鉴于PROFInet通讯技术的优越性,目前已经有部分生产厂家（如西门子,施奈德）。

工业以太网与现场总线的优缺点 整理

工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界； （3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；

profinet和以太网区别

profinet和工业以太网区别 什么是Profinet 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。 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 技术定义了三种类型： PROFINET 1.0 基于组件的系统主要用于控制器与控制器通讯 PROFINET-SRT 软实时系统用于控制器与I/O 设备通讯 PROFINET-IRT 硬实时系统用于运动控制 什么是工业以太网 工业以太网是基于IEEE 802.3 （Ethernet）的强大的区域和单元网络。工业以太网，提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。企业内部互联网（Intranet），外部互联网（Extranet），以及国际互联网（Internet）提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网（Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准）也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。 工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但是实际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要。故在工业现场控制应用的是与商用以太网不同的工业以太网。

工业以太网的意义和应用分析

以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。 Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。 Ethernet的介质访问控制层协议采用CSMA/CD，其工作原理如下：某节点要

工业以太网简介

工业以太网简介: 工业以太网就是基于IEEE 802、3 (Ethernet)得强大得区域与单元网络。利用工业以太网,SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新得多媒体世界得途径。 企业内部互联网(Intranet),外部互联网(Extranet),以及国际互联网(Internet) 提供得广泛应用不但已经进入今天得办公室领域,而且还可以应用于生产与过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工与自适应得100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 802、3u 得标准)也已成功运行多年。采用何种性能得以太网取决于用户得需要。通用得兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来得利益 :市场占有率高达80%,以太网毫无疑问就是当今LAN(局域网)领域中首屈一指得网络。以太网优越得性能,为您得应用带来巨大得利益: 通过简单得连接方式快速装配。 通过不断得开发提供了持续得兼容性,因而保证了投资得安全。 通过交换技术提供实际上没有限制得通讯性能。 各种各样联网应用,例如办公室环境与生产应用环境得联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间得通讯,例如,ISDN 或Internet 得接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证得技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点,遍布世界各地,用于严酷得工业环境,包括有高强度电磁干扰得区域。 工业以太网络得构成 :一个典型得工业以太网络环境,有以下三类网络器件: ◆网络部件 连接部件: ?FC 快速连接插座 ?ELS(工业以太网电气交换机) ?ESM(工业以太网电气交换机) ?SM(工业以太网光纤交换机) ?MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质:普通双绞线,工业屏蔽双绞线与光纤 ◆ SIMATIC PLC控制器上得工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工 业以太网。 ◆ PG/PC 上得工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能:为了应用于严酷得工业环境,确保工业应用得安全可靠,SIMATIC NET 为以太网技术补充了不少重要得性能: ?工业以太网技术上与IEEE802、3/802、3u兼容,使用ISO与TCP/IP 通讯协议?10/100M 自适应传输速率 ?冗余24VDC 供电 ?简单得机柜导轨安装 ?方便得构成星型、线型与环型拓扑结构 ?高速冗余得安全网络,最大网络重构时间为0、3 秒 ?用于严酷环境得网络元件,通过EMC 测试 ?通过带有RJ45 技术、工业级得Sub-D 连接技术与安装专用屏蔽电缆得Fast Connect连接技术,确保现场电缆安装工作得快速进行 ?简单高效得信号装置不断地监视网络元件 ?符合SNMP(简单得网络管理协议) ?可使用基于web 得网络管理 ?使用VB/VC 或组态软件即可监控管理网络。 工业以太网冗余原理

工业以太网的特色技术及其应用选择

工业以太网的特色技术及其应用选择 发布时间：2007-05-15 浏览次数：105 | 我要说几句 | ?? 用户解决方案2012优秀论文合订本 ?? NIDays2012产品演示资料套件 ?? 《提高测量精度的七大技巧》资源包 ?? LabVIEW 2012评估版软件 关键词：工业以太网实时特色技术 编者按：工业以太网成为自动化领域业界的技术热点已有时日，其技术本身尚在发展之中，还没有走向成熟，还存在许多有待解决的问题。究竟什么是工业以太网，它有哪些特色技术，如何应用与选择适合自己需求的工业以太网技术与产品，依然是今天人们所关心的问题。 一什么是工业以太网 工业以太网技术，是以太网或者说是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物。前者源于后者又不同于后者。以太网技术原本不是为工业应用环境准备的。经过对工业应用环境适应性的改造，通信实时性改进，并添加了一些控制应用功能后，形成了工业以太网的技术主体。因此，工业以太网是一系列技术的综称。 二工业以太网涉及企业网络的各个层次

企业网络系统按其功能划分，一般称为以下三个层次：企业资源规划层(Enterprise Resource Plan NI ng, ERP)、制造执行层(Manufacturing Excurtion System, MES)和现场控制层(Field Control System，FCS)。通过各层之间的网络连接与信息交换，构成完整的企业信息系统。( 见图1) 图中的ERP与MES功能层属于采用以太网技术构成信息网络。这个层次的工业以太网，其核心技术依然是信息网络中原本的以太网以及互联网系列技术。工业以太网在该层次的特色技术是对其实行的工业环境适应性改造。而现场控制层FCS中，基于普通以太网技术的控制网络、实时以太网则属于该层次中工业以太网的特色技术范畴。可以把工业以太网在该层的特色技术看作是一种现场总线技术。除了工业环境适应性改造的内容之外，通信实时性、时间发布与同步、控制应用的功能与规范，则成为工业以太网在该层次的技术核心。

工业以太网技术全面解析

工业以太网技术全面解析 高性能、工厂设备和IT系统集成，以及工业物联网的需求驱动促进了工业以太网的增长。在实时工业以太网中，EPA、EtherCAT、RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争者。下面对它们进行简单比较。Ethernet/IP Ethernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODV A( Open DevicenetVendors Association共同开发的工业以太网标准。 实现实时性的方法 Ethernet/IP实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加了用于实时数据交换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。 Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术，在网络层和传输层使用IP协议和TCP、UDP协议来传输数据。UDP是一种非面向连接的协议，它能够工作在单播和多播的方式，只提供设备间发送数据报的能力。对于实时性很高的I/O数据、运动控制数据和功能行安全数据，使用UDP/IP协议来发送。而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来发送。Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。生产者向网络中发送有唯一标识符的数据包。消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。这样数据源只需一次性地把数据传到网上，其它节点有选择地接收数据，这样提高了通信的效率。 Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。CIP是一个提供工业设备端到端的面向对象的协议，且独立于物理层及数据链路层，这使得不同供应商提供的设备能够很好的交互。另外，为了获得更好的时钟同步性能，2003年ODV A将 IEEE 15888引入Ethernet/IP，并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。 EPA EPA是在“863”计划的支持下，由浙江大学、清华大学、浙江中控技术公司、大连理工大学、中科院自动化所等单位联合制定，是用于工业测量和控制系统的实时以太网标准。

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。 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

Profinet工业以太网实时通信协议分析

通用低压电器篇 孙凡金(1977 ),男,副教授,博士,研究方向为网络控制系统。 Profi net 工业以太网实时通信协议分析 孙凡金,!刘彦呈,!潘新祥 (大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连!116026) 摘!要:在分析P ro fi net 关键技术组成的基础上,对其实时性优化技术进行了综述,并通过分析通信连接的建立及维护,实时协议的组成及通信策略,以及RT 与I RT 的通信技术与实现方法,从整体上研究了P rofi net 实时性优化的协议组成及基本特性,对设计与优化基于Profi net 工业以太网的自动化系统具有一定借鉴。 关键词:Prof i ne t ;实时性;通信连接;同步 中图分类号:T P 393.04!文献标识码:A !文章编号:1001 5531(2008)21 0030 04 The Anal ysis of the Real T i m e Co mmun icati on Protocol i n Profinet !!! SU N Fanji n ,!LIU Yancheng,!PAN X i n x iang (Schoo l ofM arine Eng i n eeri n g ,Da lian M ariti m e Un iversity ,Da lian 116026,Ch i n a) !!Abstract :Based on the analysis o f P ro fi net ?s key techno l ogy ?s constituti on ,its rea l ti m e opti m iza tion tech no l ogy w as survey ed .By ana l yz i ng t he buil d and m ai n tenance of co mmun ica ti on connect ,rea l ti m e protoco l ?s con stituti on and communicati on stra tegy ,RT and I RT ?s communicati on techno logy and rea liza ti onm e t hod ,t he protoco l constit ution and basi c character i stics for P ro fine t rea l ti m e opti m i zati on w ere st udied ,wh ich can be re ference f o r de si gn i ng and opti m izi ng autom ati c system based on Profi net . K ey words :Profi n et ;real ti m e ;co mmun icati on connect ;synch ronous 刘彦呈(1963 ),男,教授,博士生导师,研究方向为工业监控网络。潘新祥(1964 ),男,教授,从事船舶网络化监控技术的研究。 0!引!言 Profinet 是国际组织P NO (Pro fi b us N ati o na l O rganizati o n)提出的用于工业自动化的实时以太网标准[1,2] 。为支持不同工业级应用,Profi n et 提 供了集成式Profinet I O 和分布式自动化中创建模块化设备系统的Pro fi n et CBA [3] 。Profinet I O 对分布式I/O 使用实时通信(RT)和同步实时通信(I R T)协议。RT 通信时钟周期可达10m s 量级,适用于工厂自动化的分布式I/O 系统。I RT 通信时钟周期可达1m s 量级,适用于运动控制系统[4,5]。Profinet CB A 使用TCP /I P 和RT 两种基于组件的通信方式。它允许时钟周期由TCP 协议的100m s 量级降至RT 的10m s 量级,从而更适用于PLC 之间的通信。本文通过分析Profinet 实时性协议的组成,对其通信连接建立及管理、实 时同步机制、等时同步实现方法及关键技术进行 了深入分析,阐述了Profi n et 实时通信解决方案实现方法。 1!Pro fi net 协议架构 传统的以太网使用CS MA /CD (带有冲突监测的载波监听多路访问)协议实现介质访问控制,虽然工业以太网可使用标准的通信协议(如TCP /I P 或UDP /I P)来提高其实时性,但数据包的传输时延很大程度上依赖网络负载而不能预先确定,因此标准协议通信过程中会产生帧过载现象,这即加大传输时延及处理器计算时间,从而延长发送周期,严重影响网络的实时性。为此,Profi net 通过对发送器和接收器的通信栈进行实时性优化,可保证同一网络中不同站点可在一个确定时段内完成时间要求严苛的数据传输。Profine t 30

六种工业以太网比较

六种工业以太网比较 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

六种工业以太网比较 摘要：当前，工业以太网技术是控制领域中的研究热点。所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网(即标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。随着互联网技术的发展与普及推广，Ethernet技术也得到了迅速的发展，Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。目前，几种典型的工业以太网有HSE、PROFInet、Modbus/TCP、EtherNet/IP、Powerlink、EPA六种。本文通过对这六种工业以太网比较，以便更好的应用于系统集成。 关键词：工业以太网、HSE、PROFInet、Modbus、EtherNet、Powerlink、EPA 与传统控制网络相比，工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。由于这些优点，特别是与信息传输技术的无缝集成以及传统技术无法比拟的传输宽带，以太网得到了工业界的认可。 1．HSE(高速以太网) HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。 FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适当

工业以太网的构成及重要性能介绍

工业以太网的构成及重要性能介绍 西门子就逐步地把以太网的概念引入到工业控制领域，到今天，西门子SCALANCE系列工业以太网交换机产品，已经在冶金、烟草、汽车、煤矿、造船、地铁、电力、风电、交通、石化、水处理等多个行业的多个项目中得到了成功的应用，产品线也日臻完善。 工业以太网简介 工业以太网是基于IEEE 802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来的利益 市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：通过简单的连接方式快速装配。 通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。 通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。

各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。 工业以太网络的构成 一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件： 网络部件 连接部件： FC快速连接插座 ELS(工业以太网电气交换机) ESM(工业以太网电气交换机) SM(工业以太网光纤交换机) MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤 SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。 PG/PC上的工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能 为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC

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：0 【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）。PROFInet方案可以用一条等式简单而明了地描述:PROFInet=Profibus+具有PROFIBUS和IT标准Ethernet的开放的、一致的通信。 2.1 PROFInet设备的软件结构 PROFInet设备的软件覆盖了现场设备的整个运行期通信,基于模块化设计的软件包含若干通信层,每层都与系统环境一致。PROFInet软件主要包括一个RPC（Remote Procedure Call）层,一个DCOM（Distributed Component Object Model）层和一个专门为PROFInet对象定义的层。PROFInet对象可以是ACCO（Active Connection Control Object）设备、RT auto （Runtime Automation）设备、物理设备或逻辑设备。软件中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与以太网间的实时通信服务。PROFInet通过系统接口连接到操作系统（如WinCE）,通过应用接口连接到控制器（如PLC）。

S7-300 PROFINET IO 通信快速入门(更新版)

基于 S7-300 的 PROFINET IO 通讯
PROFINET IO Communication based on S7-300
Getting Started
Edition （2008-01）
SIEMENS A&D CS

摘 要 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(IO 控制器)等设备通讯。本文举例一个 PN IO 控制器 (CPU315-2PN/DP) 和 PN IO 设备 (ET200S) 实现 PROFINET IO 实时通讯。通过一步一步的组态，给读者一个清 晰的组态 PROFINET IO 通讯的实现方法。 关键字 PROFINET, PROFINET IO 通讯, 工业以太网, IO Supervisor, IO 控制器, IO 设备, SCALANCE 交换机, Step7 Key words PROFINET, PROFINET IO Communication, IE, IO Supervisor, IO Controller, IO Device, SCLANCE Switch, Step7
A&D Service & Support
Page 2-56

目 录
1 PROFINET IO概述............................................................................................................. 4 2 PROFINET IO现场设备简介 .............................................................................................. 5 3 PN IO 组态......................................................................................................................... 6 3.1 本例设备简介............................................................................................................... 7 4 PN IO的组态步骤 ............................................................................................................... 8 4.1 打开Step7 软件............................................................................................................ 8 4.2 新建一个项目 ............................................................................................................ 11 4.3 添加IO Controller....................................................................................................... 13 4.4 对IO Controller进行硬件组态..................................................................................... 15 4.5 对IO Device进行硬件组态 ......................................................................................... 20 4.6 编写用户程序 ............................................................................................................ 27 4.7 设置PG/PC接口......................................................................................................... 28 4.8 设置IO设备名 ............................................................................................................ 33 4.9 下载硬件组态 ............................................................................................................ 37 4.10 下载用户程序........................................................................................................... 41 4.11 测试用户程序........................................................................................................... 42 5 PN IO的诊断 .................................................................................................................... 50 5.1 在线诊断.................................................................................................................... 50
A&D Service & Support
Page 3-56

工业以太网网络规划原则

工业以太网网络规划原则 不管“工业 4.0”还是“工业互联网”其技术本质都是自动化与信息化的深度融合。在融合的过程中网络会不断地增长。不断增长的网络复杂度为工业控制网络的设计方法提出了新的挑战。 目前实际工业应用的网络一般由控制工程师成设计，网络性能主要由控制工程师经验决定。但是随着网络复杂度增加，这难以保持高效与可靠。在大规模网络中，如何确定网络性能的瓶颈变得非常的棘手。并且，小规模网络中获取的网络设计经验未必适用于大规模网络。控制工程师设计工业控制网络需要保障网络 QoS 性能，避免工业控制网络的性能成为工业自动化系统性能的瓶颈。 工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来，随着网络技术的发展，以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显。工业以太网制造现在信息的强大性跟控制的快捷性，能够实现快速的串联跟控制，为现代工业制造实现真正意义上的“E网到底”奠定了良好的基础。工业以太网已经被业内认为是未来控制网络的最佳解决方案，

也是当前现场总线中的主流技术（如下图1是工业以太网在工业控制系统的各个层级的应用）。 图1、工业以太网在自动化系统各个层级的应用 在上图中虽然从网络的网络上在自动化系统的各个层级都可以是以太网，但在各个层级上的以太网上运行的协议并不相同，这是由于控制系统的应用决定的。在控制系统的各个层级对传输的数据量、响应时间、传输的频次等的要求如下图2所示。

几种典型工业以太网技术比较

几种典型工业以太网技术比较

1 工业以太网总览 表1给出了常见的几种工业以太网及其管理组织。 表1-1 常见工业以太网及其管理组织列表 上述各种工业以太网管理组织的标识如图1所示。 图1-1 工业以太网管理组织标识 根据从站设备的实现方式，可将工业以太网分为三种类型： （1）类型A ——通用硬件、标准TCP/IP协议 Modbus/TCP、Ethernet/IP、PROFInet/CbA（版本1）采用这种方式。使用标准TCP /IP协议和通用以太网控制器，结构如图1-2所示。这种方式下，所有的实时数据（如过程数据）和非实时数据（如参数配置数据）均通过TCP/IP 协议传输。其优点是成本低廉，实现方便，完全兼容通用以太网。在具体实现中，某些产品可能更改/优化了TCP/IP协议以获得更好的性能，但其实时性始终受到底层结构的限制。

通用以太网控制器IP TCP/UDP IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-2 工业以太网类型A 结构 （2）类型B —— 通用硬件、自定义实时数据传输协议 Ethernet Powerlink 、PROFInet/RT （版本2）采用这种方式。采用通用以太网控制器，但不使用TCP/IP 协议来传输实时数据，而是定义了一种专用的包含实时层的实时数据传输协议，用来传输对实时性要求很高的数据，结构如图1-3所示。TCP/IP 协议栈可能依然存在，用来传输非实时数据，但是其对以太网的读取受到实时层（Timing-Layer ）的限制，以提高实时性能。这种结构的优点是实时性较强，硬件与通用以太网兼容。 通用以太网控制器 IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-3 工业以太网类型B 结构 （3）类型C —— 专用硬件、自定义实时数据传输协议 EtherCAT 、SERCOS-III 、PROFInet/IRT （版本3）采用这种方式。这种方式在类型B 的基础上底层使用专有以太网控制器（至少在从站侧），以进一步

PROFINET要点

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。 ? CP343-1 用于连接S7-300到PROFINET，连接现场设备的通讯处理器。 ? CP443-1 Advanced 用于连接S7-400到PROFINET，连接现场设备并带有集成的WEB服务器和集成的交换机的通讯处理器。 ? CP1616 可作为IO设备。用于连接PC到PROFINET，连接现场设备并带有集成交换机的通讯处理器。 ? SOFT PN IO 作为IO控制器，用于运行编程器或PC的通讯软件。 ? STEP7 用于已有的PROFIBUS进行传统方式组态PROFINET。 3 PN IO组态 PROFINET IO的IO现场设备在PROFINET上有着相同的等级，在网络组态时分配给一个IO控制器。现场IO设备的文件描述定义在GSD(XML)文件。