PROFINET基于以太网标准

1、 概述Profinet A&D CS2 FA2 2 Service & Support2PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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 & Support3PROFINET PROFI

2、NET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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 & Support4PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概

3、念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTIndustrial AutomationIndustrial Automation工业自动化对于以太网的特殊要求Industrial Industrial approved approved InstallationInstallationPlant widePlant wideEngineeringEngineeringHigh High AvailabilityAvailabilityQuickQuickReaction T

4、imesReaction TimesEfficientEfficientNetwork and Network and DeviceDeviceDiagnosticsDiagnosticsConfigurableConfigurableAccess ProtectionAccess ProtectionSafety approvedSafety approvedApplicationsApplicationsIntegrationIntegrationof existingof existingPlantsPlants需求需求& & 发展趋势发展趋势5 5 Service &a

5、mp; Support5PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTPROFINET 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& SecurityProcessProcessDistributedDistributedIntelligenceIntelligenceDistributedDistribute

6、dField DevicesField DevicesMotionMotionControlControlReal-timeReal-timeCommunicationCommunicationNetwork Network InstallationInstallationSafetySafetyAnswer: PROFINETAnswer: PROFINET6 6 Service & Support6PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO wit

7、h IRTPN IO with IRTPROFINET 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PROFINET 可以无缝集成现场总线系统 PROFINET 解决方案!PROFINETPROFINET7 7 Service & Support7PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO

8、 with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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 TransmittTransmittererSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchSwitchReceiverReceiverA AB BC CD DE EF FFurther stationsFurther stations 只

9、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 8 8 Service & Support8PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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100ms100ms10ms10

10、ms1ms1ms尽力尽力抖动抖动/ / /1us1us9 9 Service & Support9PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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 Queu

11、e for port 1for port 1Port 2Port 2Port 3Port 31 13 32 21 13 32 21 12 23 31010 Service & Support10PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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

12、数据通信堆栈通信堆栈消费者消费者传输传输 T1 T2 T31111 Service & Support11PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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1212 Service & Support12PROFINE

13、T PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT分类根据响应时间不同有三种通信方式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 CBA1313 Service & Support13PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with

14、RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTRT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 HTTP HTTPn SNMP SNMPn DHCP.

15、DHCP.标准数据标准数据实时数据实时数据IP IP 3 31 12 23 3 ASIC ASICPN IO with IRTPN IO with IRT2 21414 Service & Support14PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTPROFINET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

16、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

17、rnet-Standard* * According to 802.1 QAccording to 802.1 QPROFINET PROFINET 实时实时1515 Service & Support15PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTPROFINET 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IT

18、servicesIT services1 ms1 ms10 ms10 ms100 ms100 msInternetInternet工厂自动化运动控制TCP/IPTCP/IPIRTIRTRTRT1616 Service & Support16PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTPROFINET 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 (R

19、T): 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1717 Service & Support17PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTRT 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

20、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1818 Service & Support18PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTSTEP 7 中组态PROFINET IO RTPN IO with RTPN IO with RT1919 Service

21、& Support19PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRT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/IPTCP/I

22、P.Update time e.g.2msSend clock e.g. 1ms1 1Phase2Phase3Phase1PN IO with RTPN IO with RT2020 Service & Support20PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTiMap 组态 PROFINET CBA RTPN CBA with RTPN CBA with RT2121 Service & Sup

23、port21PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTIT 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 时钟同步及确定性 抖动小于 1s Time scheduled transmissionPN IO wi

24、th IRTPN IO with IRT2222 Service & Support22PROFINET PROFINET 系统系统实时概念实时概念PN IO with RTPN IO with RTPN CBA with RTPN CBA with RTPN IO with IRTPN IO with IRTIRT 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 HTTP HTTPn SNMP SNMPn DHCP. DHCP.标准数据标准数据实时数据实时数据IP IP 3 31 12 23 3 ASIC ASICP