下一代現場(chǎng)總線(xiàn)新標準PROFINET

PROFINET的性能等級

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種不同的性能等級：

(1)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)化層與其他網(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)議方面的實(shí)際上的標準。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。

(2)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。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)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)通信通道為了能滿(mǎn)足自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)要求基于以太網(wǎng)（層2）。該解決方案顯著(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他應用的優(yōu)先級處理。

(3)對于同步應用，PROFINET采用等時(shí)同步實(shí)時(shí)通信，它允許在時(shí)鐘速率為1ms時(shí)，抖動(dòng)精度為1ms。

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1mm。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)同步數據傳輸的基于硬件的實(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。這就免除了繁瑣的計算，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：

(1)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。
(2)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。
(3)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。