Profinet 实时

1、实时Profinet A&D CS2 FA2 2 Service & Support2PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET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 3 Service & S

2、upport3PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET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nWeb 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 4 Service

3、& Support4PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETIndustrial AutomationIndustrial Automation工业自动化对于以太网的特殊要求Industrial Industrial approved approved InstallationInstallationPlant widePlant wideEngineering

4、EngineeringHigh High AvailabilityAvailabilityQuickQuickReaction TimesReaction TimesEfficientEfficientNetwork and Network and DeviceDeviceDiagnosticsDiagnosticsConfigurableConfigurableAccess ProtectionAccess ProtectionSafety approvedSafety approvedApplicationsApplicationsIntegrationIntegrationof exis

5、tingof existingPlantsPlants需求需求& & 发展趋势发展趋势5 5 Service & Support5PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETPROFINET 基于工业以太网标准全面地解决方案全面地解决方案! !PROFINETIT-StandardsIT-Standards& Security& Se

6、curityProcessProcessDistributedDistributedIntelligenceIntelligenceDistributedDistributedField DevicesField DevicesMotionMotionControlControlReal-timeReal-timeCommunicationCommunicationNetwork Network InstallationInstallationSafetySafetyAnswer: PROFINETAnswer: PROFINET6 6 Service & Support6PROFIN

7、ET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETPROFINET 是由PROFIBUS & PROFINET International (PI)PROFIBUS & PROFINET International (PI)推出推出的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PROF

8、INET 可以无缝集成现场总线系统 PROFINET 解决方案!PROFINETPROFINET7 7 Service & Support7PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETPROFINET 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 PROFINET 来自

9、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)PROFIBUS & PROFINET International (PI)在世界上拥有超过在世界上拥有超过 1,400 1,400 成员成员 25 Regional 25 Regional AssociationsAssociations(RPA)(RPA)35 PI Competence 35 PI Competence Center (PICC)Center (PICC)8 PI Test 8 PI Test Laboratories (PITL

10、)Laboratories (PITL)PROFINETPROFINET8 8 Service & Support8PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET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

11、topicsPROFINETPROFINET9 9 Service & Support9PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETPROFINET 用一条电缆执行所有任务IndustrialIndustrialEthernetEthernetWeb/TCP/IPWeb/TCP/IPDiagnosticsDiagnosticsWLANWLANHMIHMIPLCPLC

12、PG/PCPG/PCField deviceField deviceField 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 PLCPLCPROFINETPROFINETField deviceField device1010 Service & Support10PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETField d

13、eviceField deviceIndustrialIndustrialEthernetEthernetWeb/TCP/IPWeb/TCP/IPDiagnosticsDiagnosticsIWLANIWLAN PROFINETPROFINET体系下的自动化系统拓扑体系下的自动化系统拓扑HMIHMIPG/PCPG/PCPLCPLCField deviceField deviceDriveDriveMotionMotionControlControlAccess-Access-PointPoint PROFINET 用一条电缆执行所有任务PROFINETPROFINET1111 Service

14、& Support11PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET对用户产生的利益和附加值连接任意一个自动化设备到任意一点上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/IP标准自动化系统和故障安全系统也仅通过一条电缆;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

15、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!PROFINETPROFINET1212 Service & Support12PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET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

16、间 (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PROFINETPROFINET1313 Service & Support13PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET访问方法访问方法 Ethernet 采用随机争用

17、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 TransmittTransmittererSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchReceiverReceiverA AB BC CD DE EF FFurther stationsFurther 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 PROFINET 实时实时使用使用CSMA/CDCSMA/CD进行冲突识别进行冲突识别

18、1414 Service & Support14PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET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Port 1Port 1Queue Queue f

19、or port 1for port 1Port 2Port 2Port 3Port 31 13 32 21 13 32 21 12 23 3PROFINET PROFINET 实时实时1515 Service & Support15PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET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

20、(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栈消费者消费者传输传输 T1 T2 T3PROFINET PROFINET 实时实时1616 Service & Support16PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET现场通信中的 QoS 要求QoS QoS 级别级别1 12 23 34 4应用类型应用类型控

21、制器之间控制器之间分布式分布式 IO 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100ms100ms10ms10ms1ms1ms尽力尽力抖动抖动/ / /1us1usPROFINET PROFINET 实时实时1717 Service & Support17PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET如何获得以太网 QoS使用专用交

22、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 PROFINET 实时实时1818 Service & Support18PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETReal-time 通信DezentraleF

23、eldgerteDezentraleDezentraleFeldgerteFeldgertePROFINETIT StandardsIT Standards& Security& SecurityProcessProcessDistri-Distri-butedbutedAutomationAutomationDistributedDistributedfield devicesfield devicesMotionMotionControlControlReal-timecommunicationNetworkNetworkInstallationInstallationSa

24、fetySafetyPROFINET PROFINET 实时实时1919 Service & Support19PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETPROFINET 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

25、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 PROFINET 实时实时2020 Service & Support20PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETRT 通信要求更新时间工厂自动化： 5-10 ms运动控制：1

26、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 PROFINET 实时实时2121 Service & Support21PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINE

27、T实时通信： RTRTRTRT 具备类似于 PROFIBUS 的实时特性 总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 servicesIT services1 ms1 ms10 ms10 ms100 ms100 msInternetInternet工厂自动化运动控制TCP/IPTCP/IPIRTIRTRTRTPROFINET PROFINET 实时实时2222 Service & Support22PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTP

28、N CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETRT 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 事件出发的消息/报警实时实时RTRT实时实时 1 1EthernetEthernetTCP/UDPTCP/UDP PROFINET PROFINET 应用程序应用程序IT IT 应用应用e.g.e.g.n HTTP HTTPn SNMP SNMPn DHCP. DHCP.标准数据标准数据过程数据过程

29、数据IP IP 2 21 12 2PROFINET PROFINET 实时实时2323 Service & Support23PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETPROFINET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n0 x8892: PROFINET

30、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 specificEthernet-Standard* * Ac

31、cording to 802.1 QAccording to 802.1 QPROFINET PROFINET 实时实时2424 Service & Support24PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETSTEP 7 中组态PROFINET IO RTPN IO with RTPN IO with RT2525 Service & Support25

32、PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINET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 time1 12 23 31 13 3TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP1 12 23 3TCP/

33、IPTCP/IP.Update time e.g.2msSend clock e.g. 1ms1 1Phase2Phase3Phase1PN IO with RTPN IO with RT2626 Service & Support26PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETiMap 组态 PROFINET CBA RTPN CBA with RTPN CBA

34、with RT2727 Service & Support27PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETIT servicesIT services1 ms1 ms10 ms10 ms100 ms100 msInternetInternet工厂自动化运动控制TCP/IPTCP/IPIRTIRTRTRT等时实时通信IRTIRT运动控制要求 总线周期小于 1 ms 时

35、钟同步及确定性 抖动小于 1s Time scheduled transmissionPN IO with IRTPN IO with IRT2828 Service & Support28PROFINET PROFINET 实时实时PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT需求和发展趋势需求和发展趋势PROFINETPROFINETIRT 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RTRTIRTIRT实时实时 1 1EthernetEthernetTCP/UDPTCP/UDP PROFINET PROFINET 应用程序应用程序IT IT 应用应用e.g.e.g.n HT