Abstract: To meet the high speed development of industry communication, PROFINE is realtime solution on Automation application. PROFINET can cover, NRT, RT, IRT, different communication requirement. PROFINET is quick, simple, controllable, determinable industry communication.

摘要：工業(yè)以太網(wǎng)是當今工業(yè)通信發(fā)展最為迅速的技術(shù)， PROFINET是真正的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，可以實(shí)現在各種不同場(chǎng)合的應用，完成各種不同需求的控制任務(wù)。從傳輸協(xié)議角度上，PROFINET將數據分為：NRT、RT、和IRT三種不同的類(lèi)型；從應用角度上，PROFINET分為：CBA和I/O，以此來(lái)實(shí)現工業(yè)控制的一網(wǎng)到底的革命。

Key words: PROFIBUS, Industry Ethernet, realtime, Industry Communication
關(guān)鍵詞：PROFINET、工業(yè)以太網(wǎng)、實(shí)時(shí)、工業(yè)通信

    產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。當今自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展正日益受到信息技術(shù)以及已確立的標準（例如：TCP/IP和XML）的重大影響。在這種形勢下，近年來(lái)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)也不斷在飛速發(fā)展，并發(fā)生著(zhù)重大的革新。來(lái)自用戶(hù)越來(lái)越多的需求，例如：項目的投資保護；工藝技術(shù)模塊化；節約工程設計和投運的成本等等，在這種形式下，PROFIBUS國際組織便提出了一個(gè)基于以太網(wǎng)的新的自動(dòng)化標準 —— PROFINET。

    PROFINET是一個(gè)整體的解決方案，它使用TCP/IP 和IT 標準，符合基于工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化體系，覆蓋了自動(dòng)化技術(shù)的所有要求；能夠實(shí)現與現場(chǎng)總線(xiàn)的無(wú)縫集成。更重要的是PROFINET所有的事情都在一條電纜中完成，IT 服務(wù)和TCP/IP 開(kāi)放性沒(méi)有任何限制；它可以滿(mǎn)足.用于所有客戶(hù)需要的統一的通信；從高性能到等時(shí)同步可以伸縮的實(shí)時(shí)通信?，F在已經(jīng)成為現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準IEC-61158的第10類(lèi)型。

    PROFINET用于實(shí)現基于工業(yè)以太網(wǎng)的集成、一致的自動(dòng)化解決方案。支持用以太網(wǎng)通信的簡(jiǎn)單分散式現場(chǎng)設備和苛求時(shí)間的應用的集成，以及基于組件的分布式自動(dòng)化系統的集成。為完成這一面向各種控制對象的需求，PROFINET在通信方式上根據通信目的不同而采用3種不同性能等級的通信方式：
s 通過(guò)TCP/UDP /IP 在標準通道上發(fā)送非苛求時(shí)間的數據，例如：參數、組態(tài)數據和互連信息。這滿(mǎn)足自動(dòng)化層與其它網(wǎng)絡(luò )（MES，ERP）的連接需求。
PROFINET 使用以太網(wǎng)和TCP/UDP/IP 協(xié)議作為通信基礎。TCP/UDP/IP 是IT 領(lǐng)域在通信協(xié)議方面的事實(shí)上的標準。TCP/UDP/IP 提供了使以太網(wǎng)設備能夠通過(guò)本地和分布式網(wǎng)絡(luò )的透明通道中進(jìn)行數據交換的基礎。
s 對于生產(chǎn)裝備內苛求時(shí)間的過(guò)程數據的傳輸，它采用實(shí)時(shí)通道（RT：Realtime）。作為基于可用控制器的軟件來(lái)實(shí)現的。
在工廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域，實(shí)時(shí)應用需要刷新/響應時(shí)間范圍在5—10ms 內。 經(jīng)驗指出，與設備中的處理時(shí)間相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太網(wǎng)線(xiàn)路上的傳輸時(shí)間是可以忽略不計的。在提供者的應用中可提供數據的時(shí)間是不受通信影響的。這就是說(shuō)，在刷新時(shí)間以及實(shí)時(shí)響應中任何重大的改進(jìn)主要可通過(guò)發(fā)布者和使用者通信棧的優(yōu)化來(lái)達成。PROFINET 中的實(shí)時(shí)通信通道就為了能滿(mǎn)足自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)要求，此通道基于以太網(wǎng)（層2）。此解決方案顯著(zhù)地減少了通信棧所占用的運行時(shí)間，從而提高了過(guò)程數據刷新速率方面的性能。PROFINET使用快速以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)中已集成全雙工模式切換技術(shù)，并已進(jìn)行了標準化。通過(guò)優(yōu)先級優(yōu)化數據傳輸在PROFINET中，不僅最小化了控制器中的通信棧，而且也對網(wǎng)絡(luò )中數據的傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。為了能在這些情況下達到一種最佳結果，在PROFINET中按照IEEE 802.1Q將這些數據包區分優(yōu)先級。設備之間的數據流則由網(wǎng)絡(luò )組件依據此優(yōu)先級進(jìn)行處理。優(yōu)先級6（Priority 6）是用于實(shí)時(shí)數據的標準優(yōu)先級，由此也就確保了對其它應用的優(yōu)先級處理。
s 對于同步應用，PROFINET采用等時(shí)同步實(shí)時(shí)通信（IRT：Isochronous Realtime），它允許在時(shí)鐘速率為1ms時(shí)，抖動(dòng)精度為1μs。
實(shí)時(shí)通道RT解決方案對于運動(dòng)控制應用還遠遠不夠。運動(dòng)控制應用要求刷新速率在1ms，100 節點(diǎn)的連續循環(huán)的抖動(dòng)精度為1μm。為了滿(mǎn)足這些需求，PROFINET 在快速以太網(wǎng)的層2 協(xié)議上已定義了時(shí)間間隔控制的傳輸方法IRT。通過(guò)具備上述精度的參與設備（網(wǎng)絡(luò )組件和PROFINET 設備）的時(shí)間同步化，可在網(wǎng)絡(luò )中規定時(shí)間片，在此時(shí)間間隔內傳輸自動(dòng)化任務(wù)所必需的關(guān)鍵數據。通信循環(huán)被分成兩個(gè)部分，即：時(shí)間確定性部分和開(kāi)放性部分。循環(huán)的實(shí)時(shí)報文在時(shí)間確定性通道中傳輸，而TCP/IP 報文則在開(kāi)放性通道中傳輸。等時(shí)同步數據傳輸的實(shí)現基于硬件?；谟布膶?shí)現能夠獲得所要求的異常重要的順序精度要求，同時(shí)也解放了承擔PROFINET 設備通信任務(wù)的處理器。這就免除了煩瑣的計算，從而可為自動(dòng)化任務(wù)提供解決方案。

這3 種性能等級的PROFINET通信覆蓋了自動(dòng)化應用的全部范圍。PROFINET 通信標準的特性包括以下方面：
s 在一根通信線(xiàn)路上同時(shí)使用實(shí)時(shí)通信和基于TCP 的IT 通信。
s 標準化的實(shí)時(shí)協(xié)議適用于所有應用、分布式系統中組件之間的通信以及控制器與分散式現場(chǎng)設備之間的通信。
s 從一般性能到高性能和時(shí)間同步的可縮放的實(shí)時(shí)通信。

    為實(shí)現這3種不同的通訊方式，滿(mǎn)足工業(yè)控制的工程要求，PROFINET采用2種重要的應用方式：
s 在實(shí)現分布式過(guò)程采用基于組件的自動(dòng)化概念（CBA）
PROFINET組件模型對于具備可編程功能的智能現場(chǎng)設備和自動(dòng)化設備來(lái)說(shuō)非常理想。組件模型將機器或裝備的自治模塊描述為工藝技術(shù)模塊?；诠に嚰夹g(shù)模塊而開(kāi)發(fā)的分布式自動(dòng)化系統簡(jiǎn)化了裝備和機器的模塊化設計，從而顯著(zhù)地簡(jiǎn)化了裝備和機器零部件的重復使用。因此大量地減少了工程設計成本?；诮M件模型的PROFINET 通過(guò)PCD（PROFINET Component Description）來(lái)描述。它是一個(gè)XML文件，并可以使用制造商特定的組態(tài)工具的組件生成器或PROFINET 組件編輯器來(lái)創(chuàng )建。分布式自動(dòng)化裝備的工程設計分為：各個(gè)工藝技術(shù)模塊的控制邏輯的編程（制造商特定的組態(tài)工具）和整個(gè)裝備的工藝技術(shù)組態(tài)，后者決定這些工藝技術(shù)模塊之間的通信關(guān)系。
s 分散式現場(chǎng)設備（PROFINET IO）
分散式現場(chǎng)設備通過(guò)PROFINET IO 集成。這采用通常的PROFIBUS DP 的IO，從而可將現場(chǎng)設備的IO 循環(huán)地傳輸給PLC 的過(guò)程映象。在PROFINET IO描述的設備模型中，現場(chǎng)設備的特性通過(guò)基于XML的GSD(General Station Description)文件來(lái)描述。

在其他方面如：
s Web 功能的集成：Web集成允許在以太網(wǎng)上訪(fǎng)問(wèn)PROFInet設備：PROFInet選擇使用已經(jīng)實(shí)踐證明的標準技術(shù)如： http, HTML 和XML。通過(guò)統一的站點(diǎn)（Web-Sites）來(lái)定義設備信息、診斷及報告功能，無(wú)需工程工具就可以方便查詢(xún)并確定差錯。對于設備的訪(fǎng)問(wèn)可通過(guò)類(lèi)似于微軟的Internet Explorer那樣的標準瀏覽器。
s IT 集成：網(wǎng)絡(luò )管理覆蓋了在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中PROFINET 設備管理的所有功能。這包括設備和網(wǎng)絡(luò )組態(tài)、網(wǎng)絡(luò )診斷。對于Web集成，PROFINET 采用基于以太網(wǎng)的技術(shù)，而且借助互聯(lián)網(wǎng)的標準技術(shù)可訪(fǎng)問(wèn)PROFINET 組件。為了獲得與其它系統范圍的開(kāi)放鏈接，PROFINET 采用OPC DA 和DX。
s 網(wǎng)絡(luò )拓撲：針對要連網(wǎng)單元的要求而定。PROFINET網(wǎng)絡(luò )拓撲有：星型、線(xiàn)型、樹(shù)型和環(huán)型結構。實(shí)際的系統是由混合結構組成，可以用銅纜或光纜實(shí)現。
s 網(wǎng)絡(luò )安裝：PROFINET 網(wǎng)絡(luò )安裝依據工業(yè)環(huán)境下以對太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的特殊要求給設備制造商提供清晰的設備接口規范和布線(xiàn)要求?！癙ROFINET 安裝導則”給裝備制造商/操作人員提供以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )安裝的簡(jiǎn)單規則。

    作為下一代的現場(chǎng)總線(xiàn)，PROFINET需要能夠集成許多成熟的正在使用的現場(chǎng)總線(xiàn)。由于IT 技術(shù)的應用，在PROFINET方案中保護投資也起著(zhù)至關(guān)重要的作用。PROFINET能集成現有的現場(chǎng)總線(xiàn)系統（例如INTERBUS、PROFIBUS），且無(wú)需修改現有設備。這就保護了所有投資者的現有投資。PROFINET可以從現有的現場(chǎng)總線(xiàn)解決方案（例如：INTERBUS、PROFIBUS DP）到基于以太網(wǎng)的PROFINET的無(wú)縫轉換。
PROFINET 提供2種集成現場(chǎng)總線(xiàn)系統的方法：
s 通過(guò)代理服務(wù)器的現場(chǎng)總線(xiàn)設備集成：在此情況下，代理服務(wù)器代表以太網(wǎng)上較低層的現場(chǎng)設備。采用代理服務(wù)器方案，PROFINET 提供了從現有設備到新安裝的設備之間的全透明轉換。
s 整個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)應用的集成：一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)段代表一個(gè)自包含的PROFINET 組件，該組件代表的是在較低層操作現場(chǎng)總線(xiàn)（例如：INTERBUS 、PROFIBUS DP）的PROFINET設備。由此，較低層現場(chǎng)總線(xiàn)的所有功能以組件的形式保存在代理服務(wù)器內。然后這些功能就在以太網(wǎng)上可供使用了。

    為了滿(mǎn)足所有自動(dòng)化的需求，PROFINET 還吸納了多年積累的現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)，從一開(kāi)始就決定了PROFINET采用開(kāi)放的標準、現有設備的簡(jiǎn)單處理和集成的定義。PROFINET 持續不斷的開(kāi)發(fā)為用戶(hù)帶來(lái)了長(cháng)遠的前景。對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，采用PROFINET 可降低安裝、工程和投運的成本。對于業(yè)主來(lái)說(shuō)，由于運用了自適應的子單元，PROFINET 簡(jiǎn)化了裝備的擴展并提高了裝備的可用性。
擁有PROFINET，作為系統和機械制造商：由于自適應的模塊而具有更高的可用性；由于并行地投運，減少了投運時(shí)間；可管理的設備特定的詳細信息提供簡(jiǎn)化的診斷，使從設計到運行更快捷。作為系統集成商：由于從現場(chǎng)級到企業(yè)管理級的開(kāi)放性標準化的通信，可自由選擇供應商；由于模塊化，可容易地擴展開(kāi)放的工程系統。由于自適應的子系統，具有高度的系統可用性；通過(guò)集成現有的系統和設備，投資得到了保護；由于采用已認證的設備而獲得高質(zhì)量標準。

    PROFINET——遠遠不僅僅是以太網(wǎng)，而是自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放的解決方案。
s PROFINET規定了強大功能，從網(wǎng)絡(luò )安裝到基于web診斷的整個(gè)自動(dòng)化解決方案的實(shí)現。
s PROFINET的模塊化結構可非常容易地擴展和包含其它功能。
s PROFINET提供標準化的獨立于制造商的工程接口。它能夠方便地把各個(gè)制造商的設備和組件集成到單一系統中。設備之間的通信鏈接以圖形形式組態(tài)，無(wú)需編程。