PROFINET基于以太网标准.ppt

概述,Profinet,A&D CS2 FA,自动化发展趋势,集中控制-分布式控制 在所有的自动化层上使用以太网 在自动化系统中开放式的IT 标准得到更多的应用 IT和自动化系统一起发展,需求& 发展趋势,形成统一网络的结构 减少接口 设备的安装范围更广阔 至上而下从企业控制层直到现场层的连续 在自动化系统中使用 IT-技术的优势 远程访问 Web 服务 软件更新 相对当前系统的高级之处 更高的性能 没有数量的限制 操作简单,为什么在工业环境中使用以太网?,需求& 发展趋势,Industrial Automation,工业自动化对于以太网的特殊要求,Industrial approved Installation,Plant wide Engineering,High Availability,Quick Reaction Times,Efficient Network and Device Diagnostics,Configurable Access Protection,Safety approved Applications,Integration of existing Plants,需求& 发展趋势,PROFINET 基于工业以太网标准,全面地解决方案!,Answer: PROFINET,PROFINET 解决方案!,PROFINET,动机,Ethernet 采用随机争用型介质访问方法 (CSMA/CD) 存在的问题：如果网络负载过高，无法预测网络延迟时间,只要有通信需求，各以太网节点 (A-F) 均可向网络发送数据 报文可能在主干网中被缓冲,现场通信中的 QoS 要求,QoS 级别,1,2,3,4,应用类型,控制器之间,分布式 IO 设备,运动控制,组态编程/参数,反应时间,100ms,10ms,1ms,尽力,抖动,/,/,1us,交换技术,以太网帧的优先级划分在 IEEE 802.1q 标准中定义 四个额外的数据字节用于控制不同优先级数据帧的传输,数据帧 1 正在发送中 ，无法中断正在进行的传输任务 数据帧 2 的优先级低于数据帧 3 ，因而被暂时搁置,改善的通信堆栈性能,数据准备和处理所需的时间与通信无关 优化通信堆栈循环时间 线路传输时间可忽略 (100 Mb/s),如何获得以太网 QoS,使用专用交换技术和全双工 FCX 通道 遵循 IEEE802.1D/Q 的优先级别，采用服务类别 CoS 机制 时间要求严格的应用场合 “尽力“ 应用场合 优化设备处理时间,分类,根据响应时间不同有三种通信方式 TCP/IP标准 实时(RT)通信 等时同步实时(IRT)通信,两种应用方式 集成分布式I/O的PROFINET IO 用于创建模块化的PROFINET CBA,RT通信堆栈,标准通道 TCP/IP and UDP/IP 组态和参数化 诊断数据 装载 网络连接 建立用户数据通信通道 实时通道 RT 高性能、循环用户数据传输 事件触发的消息/报警 实时通道 IRT 同步用户数据传输 抖动 1sec,实时,RT,IRT,实时,1,Ethernet,TCP/UDP,PROFINET 应用程序,IT 应用 e.g HTTP SNMP DHCP.,标准数据,实时数据,IP,3,1,2,3,ASIC,PN IO with IRT,2,PROFINET报文的结构,依照 IEEE 802.3标准的报文格式 PROFINET real-time报文的Ether type 0x0800: IP 报文 0x8892: PROFINET real-time 报文 通过 Frame-ID确定接收数据的分配 循环传输 (过程值) 事件触发传输(报警和事件) 状态信息 设备和数据状态 (如：运行，停止，错误),Pre- ambel,7 Byte,Source MAC,6 Byte,Dest. MAC,6 Byte,Priority Tagging*,4 Byte,Frame ID,2 Byte,FCS,4 Byte,Prozess data up to 1440 Byte,Sync,1 Byte,Ether- type,2 Byte,Ethernet Frame,Status Information,4 Byte,PROFINET specific,Ethernet-Standard,* According to 802.1 Q,PROFINET 实时,PROFINET 实时通信,综合通信技术和短的响应时间 实时和 IT 通信在同一介质上进行 高性能的实时通信，可应用于高性能场合 TCP/IP 通信不受限制,PROFINET 实时通信,PROFINET 根据性能不同可划分为两种实时类型 (Ethertype 0x8892). 实时 (RT): 使用标准网络器件 工作特性与目前的现场总线类似 (如 PROFIBUS) 典型应用场合：工厂自动化 等时实时 (IRT): 时钟同步的通信 借助 Switch-ASIC 芯片 典型应用场合：运动控制中的驱动控制,RT 通信要求,更新时间 工厂自动化： 5-10 ms 运动控制：1 ms，抖动 1s (时间同步) 处理器负责应用程序的处理，实时通信不应过分占据处理器资源 处理器的主要任务是处理应用程序 实时通信必须可应用于现有的以太网络结构中 对现有通信不造成影响 使用标准网络器件 (如交换机) 装置采用标准以太网控制器,STEP 7 中组态PROFINET IO RT,PN IO with RT,更新时间,组态中定义了时间 Phase=Send clock, 在此时间内过程数据将被发送 在同一个时间片内，实时数据和TCP/IP数据可以被一起发送 所有设备数据更新数据的时间和就是update time,1,2,3,1,3,TCP/IP,TCP/IP,TCP/IP,1,2,3,TCP/IP,.,Update time e.g.2ms,Send clock e.g. 1ms,1,Phase2,Phase3,Phase1,PN IO with RT,iMap 组态 PROFINET CBA RT,PN CBA with RT,等时实时通信,IRT,运动控制要求 总线周期小于 1 ms 时钟同步及确定性 抖动小于 1s Time scheduled transmission,PN IO with IRT,IRT 通信堆栈,标准通道 TCP/IP and UDP/IP 组态和参数化 诊断数据 装载 网络连接 建立用户数据通信通道 实时通道 IRT 同步用户数据传输 抖动 1sec,实时,RT,IRT,实时,1,Ethernet,TCP/UDP,PROFINET 应用程序,IT 应用 e.g HTTP SNMP DHCP.,标准数据,实时数据,IP,3,1,2,3,ASIC,PN IO with IRT,等时模式的实时,Cycle 1,Cycle 2 = time domain,Cycle n,IRT- channel,Standard channel,Isochronous communication,Standard communication,IRT- channel,Standard channel,IRT- channel,RT- communication,TCP/IP-data,IRT-data,E.g. 1 ms position control cycle,通信系统时间安排 实时和