Profinet 实时

1、实时Profinet A&D CS2 FA2 Service & Support2PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET自动化发展趋势n集中控制-分布式控制 n在所有的自动化层上使用以太网n在自动化系统中开放式的IT 标准得到更多的应用 nIT和自动化系统一起发展需求需求& 发展趋势发展趋势3 Service & Support3PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势

2、需求和发展趋势PROFINET形成统一网络的结构n 减少接口n 设备的安装范围更广阔n 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n 远程访问n Web 服务n 软件更新相对当前系统的高级之处n 更高的性能n 没有数量的限制n 操作简单为什么在工业环境中使用以太网?需求需求& 发展趋势发展趋势4 Service & Support4PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETIndustrial Automation工业自动化对于以太网的特殊要

3、求Industrial approved InstallationPlant wideEngineeringHigh AvailabilityQuickReaction TimesEfficientNetwork and DeviceDiagnosticsConfigurableAccess ProtectionSafety approvedApplicationsIntegrationof existingPlants需求需求& 发展趋势发展趋势5 Service & Support5PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO

4、with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET 基于工业以太网标准全面地解决方案全面地解决方案!PROFINETIT-Standards& SecurityProcessDistributedIntelligenceDistributedField DevicesMotionControlReal-timeCommunicationNetwork InstallationSafetyAnswer: PROFINET6 Service & Support6PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO wi

5、th IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET 是由PROFIBUS & PROFINET International (PI)推推出的出的开放式工业以太网标准PROFINET 是基于工业以太网PROFINET 遵循 TCP/IP 和 IT标准PROFINET 是实时以太网PROFINET 可以无缝集成现场总线系统 PROFINET 解决方案!PROFINET7 Service & Support7PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPR

6、OFINET from PROFIBUS International此体系的开发是依靠 n12 工作组n大约 140 员工n来自 60 公司PROFINET 来自世界上最大的现场总线组织来自世界上最大的现场总线组织PROFIBUS & PROFINET International (PI)在世界上拥有超过在世界上拥有超过 1,400 成员成员 25 Regional Associations(RPA)35 PI Competence Center (PICC)8 PI Test Laboratories (PITL)PROFINET8 Service & Support8PRO

7、FINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET模块化设计可以更好的对工程进行保存和移植可以保护投资方利益，可以集成现有的 PROFIBUS 设备等由于基于以太网和IT标准，因而有很强的适应性 运动控制的性能提高了40倍PROFINET the main topicsPROFINET9 Service & Support9PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET

8、用一条电缆执行所有任务IndustrialEthernetWeb/TCP/IPDiagnosticsWLANHMIPLCPG/PCField deviceField device一般情况下的自动化系统拓扑一般情况下的自动化系统拓扑 PLCPROFINETField device10 Service & Support10PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETField deviceIndustrialEthernetWeb/TCP/IPDiagnosticsIWLAN PR

9、OFINET体系下的自动化系统拓扑体系下的自动化系统拓扑HMIPG/PCPLCField deviceDriveMotionControlAccess-Point PROFINET 用一条电缆执行所有任务PROFINET11 Service & Support11PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET对用户产生的利益和附加值n连接任意一个自动化设备到任意一点上n所有自动化应用程序的运行仅仅通过一条电缆，如：Real-time 和 TCP/IPn标准自动化系统和故障安全系统也

10、仅通过一条电缆;如果必要的话, 通过工业 WLAN也可以把无线接入自动化系统中对于工程实施，设备安装和维护来说具有更好的灵活性和更低对于工程实施，设备安装和维护来说具有更好的灵活性和更低的成本的成本PROFINET 用一条电缆执行所有任务!PROFINET12 Service & Support12PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET术语实时性 (Real time) 系统在预定的时间内处理外部事件确定性 (Determinism) 系统的动作可预测 (确定的)反应时间

11、(Latency) 事件发生到对该事件做出响应的时间间隔抖动 (Jitter) 反应时间的波动同步 (Synchronism) 事件的同时发生等时性 (Isochronisms) 确保传输带宽PROFINET13 Service & Support13PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET访问方法访问方法 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 TransmitterSwitchSwitchSwit

12、chSwitchSwitchSwitchReceiverABCDEFFurther stations 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 PROFINET 实时实时使用使用CSMA/CD进行冲突识别进行冲突识别14 Service & Support14PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET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

13、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Port 1Queue for port 1Port 2Port 3132132123PROFINET 实时实时15 Service & Support15PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET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) 提供提供 数据数据通信堆栈通信堆栈提供者提供者处理处理 数据数据通信堆栈通信堆

14、栈消费者消费者传输传输 T1 T2 T3PROFINET 实时实时16 Service & Support16PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET现场通信中的 QoS 要求QoS 级别级别1234应用类型应用类型控制器之间控制器之间分布式分布式 IO 设备设备运动控制运动控制组态编程组态编程/参数参数反应时间反应时间100ms10ms1ms尽力尽力抖动抖动/1usPROFINET 实时实时17 Service & Support17PROFINET 实时实时PN

15、IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET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，采用服务分类 CoS 机制 时间要求严格的应用场合，如：RT “尽力“ 应用场合,如：VLAN 优化设备处理时间PROFINET 实时实时18 Service & Support18PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETReal-time 通信Deze

16、ntraleFeldgerteDezentraleFeldgertePROFINETIT Standards& SecurityProcessDistri-butedAutomationDistributedfield devicesMotionControlReal-timecommunicationNetworkInstallationSafetyPROFINET 实时实时19 Service & Support19PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROF

17、INET 实时通信PROFINET 根据性能不同可划分为两种实时类型 (Ethertype 0 x8892).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 基于地址的通信等时实时 (IRT): 时钟同步的通信 借助硬件 Switch-ASIC 芯片 典型应用场合：运动控制中的驱动控制 基于时间的通信PROFINET 实时实时20 Service & Support20PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINE

18、TRT 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PROFINET 实时实时21 Service & Support21PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET实时通信： RTRTRT 具备类似于 PROFIBUS 的实时特性 总

19、线循环时间实际可达 5 至 10 msPROFINET 与 TCP/IP 标准完全兼容，不受任何限制IT services1 ms10 ms100 msInternet工厂自动化运动控制TCP/IPIRTRTPROFINET 实时实时22 Service & Support22PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETRT 通信堆栈标准通道 TCP/IP 和 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

20、出发的消息/报警实时实时RT实时实时 1EthernetTCP/UDP PROFINET 应用程序应用程序IT 应用应用e.g.n HTTPn SNMPn DHCP.标准数据标准数据过程数据过程数据IP 212PROFINET 实时实时23 Service & Support23PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET报文的结构 依照 IEEE 802.3标准的报文格式PROFINET real-time报文的Ether typen0 x0800: IP 报文

21、n0 x8892: PROFINET real-time 报文通过 Frame-ID确定接收数据的分配n循环传输 (过程值)n事件触发传输(报警和事件)状态信息n设备和数据状态 (如：运行，停止，错误)Pre-ambel7 ByteSourceMAC6 ByteDest.MAC6 BytePriorityTagging*4 ByteFrameID2 ByteFCS4 ByteProzess dataup to 1440 ByteSync1 ByteEther-type2 ByteEthernet FrameStatusInformation4 BytePROFINET specificEthe

22、rnet-Standard* According to 802.1 QPROFINET 实时实时24 Service & Support24PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETSTEP 7 中组态PROFINET IO RTPN IO with RT25 Service & Support25PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINET更新时间组态中定义了时

23、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 time12313TCP/IPTCP/IPTCP/IP123TCP/IP.Update time e.g.2msSend clock e.g. 1ms1Phase2Phase3Phase1PN IO with RT26 Service & Support26PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETiMap

24、 组态 PROFINET CBA RTPN CBA with RT27 Service & Support27PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETIT services1 ms10 ms100 msInternet工厂自动化运动控制TCP/IPIRTRT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 transmissionPN IO with IRT28 Service & Support28PROFINET 实时实时PN IO with RTPN CBA with RTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETIRT 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实时实时RTIRT实时实时 1EthernetTCP/UDP PROFINET 应用程序应用程序IT