下一代现场总线新标准——高速实时以太网PROFINET.docx

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1、下一代现场总线新标准高速实时以太网PROFINETBstract:Tomeetthehighspeeddevelopmentofindustrycommunication,PROFINEisrealtimesolutiononAutomationapplication.PROFINETcancover,NRT,RT,IRT,differentcommunicationrequirement.PROFINETisquick,simple,controllable,determinableindustrycommunication.摘要：工业以太网是当今工业通信开展最为迅速的技术，PROFINET

2、是真正的实时工业以太网，可以实如今各种不同场合的应用，完成各种不同需求的控制任务。从传输协议角度上，PROFINET将数据分为：NRT、RT、和IRT三种不同的类型；从应用角度上，PROFINET分为：CBA和I/O，以此来实现工业控制的一网到底的革命。Keywords:PROFIBUS,IndustryEthernet,realtime,IndustryCommunication关键词：PROFINET、工业以太网、实时、工业通信电子产品的生命周期越来越短，自动化领域的开展日新月异。当今自动化技术的开展正日益受到信息技术和已确立的标准例如：TCP/IP和XML的重大影响。在这种形势下，近年度

3、来现场总线技术也不断在飞速开展，并发生着重大的革新。来自用户越来越多的需求，例如：工程的投资保护；工艺技术模块化；节约工程设计和投运的本钱等等，在这种形式下，PROFIBUS国际组织便提出了一个基于以太网的新的自动化标准PROFINET。PROFINET是一个整体的解决方案，它使用TCP/IP和IT标准，符合基于工业以太网的实时自动化体系，覆盖了自动化技术的所有要求；可以实现与现场总线的无缝集成。更重要的是PROFINET所有的事情都在一条电缆中完成，IT效劳和TCP/IP开放性没有任何限制；它可以知足.用于所有客户需要的统一的通信；从高性能到等时同步可以伸缩的实时通信。如今已经成为现场总线国

4、际标准IEC-61158的第10类型。PROFINET用于实现基于工业以太网的集成、一致的自动化解决方案。支持用以太网通信的简单分散式现场设备和苛求时间的应用的集成，和基于组件的分布式自动化系统的集成。为完成这一面向各种控制对象的需求，PROFINET在通信方式上根据通信目的不同而采用3种不同性能等级的通信方式：通过TCP/UDP/IP在标准通道上发送非苛求时间的数据.例如：参数、组态数据和互连信息。这知足自动化层与其它网络MES，ERP的连接需求。PROFINET使用以太网和TCP/UDP/IP协议作为通信根底。TCP/UDP/IP是IT领域在通信协议方面的事实上的标准。TCP/UDP/IP

5、提供了使以太网设备可以通过本地和分布式网络的透明通道中进展数据交换的根底。对于消费装备内苛求时间的经过数据的传输，它采用实时通道RT：Realtime。作为基于可用控制器的软件来实现的。在工厂自动化领域，实时应用需要刷新/响应时间范围在510ms内。经历指出，与设备中的处理时间相比，快速100Mbps或者更高速率的以太网线路上的传输时间是可以忽略不计的。在提供者的应用中可提供数据的时间是不受通信影响的。这就是讲，在刷新时间和实时响应中任何重大的改良主要可通过发布者和使用者通信栈的优化来达成。PROFINET中的实时通信通道就为了能知足自动化中的实时要求，此通道基于以太网层2。此解决方案显著地减

6、少了通信栈所占用的运行时间，进而进步了经过数据刷新速率方面的性能。PROFINET使用快速以太网，快速以太网中已集成全双工形式切换技术，并已进展了标准化。通过优先级优化数据传输在PROFINET中，不仅最小化了控制器中的通信栈，而且也对网络中数据的传输进展了优化。为了能在这些情况下到达一种最正确结果，在PROFINET中按照IEEE802.1Q将这些数据包区分优先级。设备之间的数据流那么由网络组件根据此优先级进展处理。优先级6Priority6是用于实时数据的标准优先级，由此也就确保了对其它应用的优先级处理。对于同步应用，PROFINET采用等时同步实时通信IRT：IsochronousRea

7、ltime，它允许在时钟速率为1ms时，抖动精度为1s。实时通道RT解决方案对于运动控制应用还远远不够。运动控制应用要求刷新速率在1ms，100节点的连续循环的抖动精度为1m。为了知足这些需求，PROFINET在快速以太网的层2协议上已定义了时间间隔控制的传输方法IRT。通过具备上述精度的介入设备网络组件和PROFINET设备的时间同步化，可在网络中规定时间片，在此时间间隔内传输自动化任务所必需的关键数据。通信循环被分成两个局部，即：时间确定性局部和开放性局部。循环的实时报文在时间确定性通道中传输，而TCP/IP报文那么在开放性通道中传输。等时同步数据传输的实现基于硬件。基于硬件的实现可以获得

8、所要求的异常重要的顺序精度要求，同时也解放了承当PROFINET设备通信任务的处理器。这就免除了烦琐的计算，进而可为自动化任务提供解决方案。这3种性能等级的PROFINET通信覆盖了自动化应用的全部范围。PROFINET通信标准的特性包括以下方面：在一根通信线路上同时使用实时通信和基于TCP的IT通信。标准化的实时协议适用于所有应用、分布式系统中组件之间的通信和控制器与分散式现场设备之间的通信。从一般性能到高性能和时间同步的可缩放的实时通信。为实现这3种不同的通讯方式，知足工业控制的工程要求，PROFINET采用2种重要的应用方式：在实现分布式经过采用基于组件的自动化概念CBAPROFINET

9、组件模型对于具备可编程功能的智能现场设备和自动化设备来讲非常理想。组件模型将机器或者装备的自治模块描绘为工艺技术模块。基于工艺技术模块而开发的分布式自动化系统简化了装备和机器的模块化设计，进而显著地简化了装备和机器零部件的重复使用。因此大量地减少了工程设计本钱。基于组件模型的PROFINET通过PCDPROFINETComponentDescription来描绘。它是一个XML文件，并可以使用制造商特定的组态工具的组件生成器或者PROFINET组件编辑器来创立。分布式自动化装备的工程设计分为：各个工艺技术模块的控制逻辑的编程制造商特定的组态工具和整个装备的工艺技术组态，后者决定这些工艺技术模块

10、之间的通信关系。分散式现场设备PROFINETIO分散式现场设备通过PROFINETIO集成。这采用通常的PROFIBUSDP的IO，进而可将现场设备的IO循环地传输给PLC的经过映象。在PROFINETIO描绘的设备模型中，现场设备的特性通过基于XML的GSDGeneralStationDescription文件来描绘。在其他方面如：Web功能的集成：Web集成允许在以太网上访问PROFInet设备：PROFInet选择使用已经理论证明的标准技术如：,和XML。通过统一的站点Web-Sites来定义设备信息、诊断及报告功能，无需工程工具就可以方便查询并确定过失。对于设备的访问可通过类似于微软

11、的InternetExplorer那样的标准阅读器。IT集成：网络管理覆盖了在以太网网络中PROFINET设备管理的所有功能。这包括设备和网络组态、网络诊断。对于Web集成，PROFINET采用基于以太网的技术，而且借助互联网的标准技术可访问PROFINET组件。为了获得与其它系统范围的开放链接，PROFINET采用OPCDA和DX。网络拓扑：针对要连网单元的要求而定。PROFINET网络拓扑有：星型、线型、树型和环型构造。实际的系统是由混合构造组成，可以用铜缆或者光缆实现。网络安装：PROFINET网络安装根据工业环境下以对太网网络的特殊要求给设备制造商提供明晰的设备接口标准和布线要求。“P

12、ROFINET安装导那么给装备制造商/操作人员提供以太网网络安装的简单规那么。作为下一代的现场总线，PROFINET需要可以集成许多成熟的正在使用的现场总线。由于IT技术的应用，在PROFINET方案中保护投资也起着至关重要的作用。PROFINET能集成现有的现场总线系统例如INTERBUS、PROFIBUS，且无需修改现有设备。这就保护了所有投资者的现有投资。PROFINET可以从现有的现场总线解决方案例如：INTERBUS、PROFIBUSDP到基于以太网的PROFINET的无缝转换。PROFINET提供2种集成现场总线系统的方法：通过代理效劳器的现场总线设备集成：在此情况下，代理效劳器代

13、表以太网上较低层的现场设备。采用代理效劳器方案，PROFINET提供了从现有设备到新安装的设备之间的全透明转换。整个现场总线应用的集成：一个现场总线段代表一个自包含的PROFINET组件，该组件代表的是在较低层操作现场总线例如：INTERBUS、PROFIBUSDP的PROFINET设备。由此，较低层现场总线的所有功能以组件的形式保存在代理效劳器内。然后这些功能就在以太网上可供使用了。为了知足所有自动化的需求，PROFINET还吸纳了多年度积累的现场总线和工业以太网的技术，从一开场就决定了PROFINET采用开放的标准、现有设备的简单处理和集成的定义。PROFINET持续不断的开发为用户带来了

14、长远的前景。对于用户来讲，采用PROFINET可降低安装、工程和投运的本钱。对于业主来讲，由于运用了自适应的子单元，PROFINET简化了装备的扩展并进步了装备的可用性。拥有PROFINET，作为系统和机械制造商：由于自适应的模块而具有更高的可用性；由于并行地投运，减少了投运时间；可管理的设备特定的详细信息提供简化的诊断，使从设计到运行更快捷。作为系统集成商：由于从现场级到企业管理级的开放性标准化的通信，可自由选择供给商；由于模块化，可容易地扩展开放的工程系统。由于自适应的子系统，具有高度的系统可用性；通过集成现有的系统和设备，投资得到了保护；由于采用已认证的设备而获得高质量标准。PROFINET远远不仅仅是以太网，而是自动化领域的开放的解决方案。PROFINET规定了强大功能，从网络安装到基于web诊断的整个自动化解决方案的实现。PROFINET的模块化构造可非常容易地扩展和包含其它功能。PROFINET提供标准化的独立于制造商的工程接口。它可以方便地把各个制造商的设备和组件集成到单一系统中。设备之间的通信链接以图形形式组态，无需编程。