兼职教师课件

1、PROFINET IO概述李红京 制丝车间 2021年7月20日1制丝车间网络架构概述。简述PROFINET IO 概念。PFORINET和PROFIBUS比照简述。简单讲解PROFINET IO硬件配置及分析问题的简单思路 。考试。课程主要内容2PROFINET三大优势：速度快，百兆甚至千兆速度。兼容性强，可以把大局部网络功能器件囊括其中。稳定性好，支持TCP/IP 协议，不易收到信号干扰。IEC 61158系列中规定了许多现场总线类型，它们都使用以下的概念：第一概念：将复杂的通信任务分解到基于ISO/IEC 7498ISO/OSI根本参考模型的适当的层，从而便于更好的构造功能和接口；第二概

2、念：每种现场总线类型由1层或多层标准组成。在一种IEC 61158类型现场总线中, 可使用的兼容选项和效劳的集合，通过IEC 61784-1和IEC 61784-2中的通信行规来规定；第三概念：物理层、数据链路层和应用层，依据它们所提供的效劳和提供这些效劳的协议以互补的方式来描述。 IEC 611583 数据链路层和应用层的效劳与协议视图协议局部表示层实现者的视图，效劳局部表示层使用者的视图。 4应用层结构如下： 应用层效劳元素描述“做什么， 应用层协议描述“怎么做。数据链路层结构如下： 数据链路层效劳和模型描述“做什么， 数据链路层协议机以及媒体访问原理描述“怎么做。物理层的结构类似，但因其

3、效劳容易描述，因此这些效劳定义与物理层协议标准出现在同一标准IEC 61158-2：物理层标准和效劳定义中： 物理层效劳和模型描述“做什么， 物理层电磁和机械标准描述“怎么做。 各层结构5OSI各层及其功能与IEC 61158根本参考模型中等效关系。 6IEC 61784IEC 61784由以下局部组成： IEC 61784-1，局部1：现场总线行规 IEC 61784-2，局部2：对基于ISO/IEC 8802-3的实时网络附加的现场总线行规 IEC 61784-3 系列，功能平安现场总线行规 IEC 61784-4，局部4：平安通信行规 IEC 61784-5 系列，现场总线的安装行规 I

4、EC 61784-1和IEC 61784-2现场总线行规提供了一系列通信行规族(CPF) 。这些行规族通过协议专用的通信行规来标识IEC 61158系列的协议子集。 7通信行规族的文件结构 8CPF结构的例如 9CPF、CP和类型的关系 10FillWEB-服务FillIRTPROFINET CBAPROFINET IO非RTNRTPROFINET IO 系统图11PROFINET IO 应用层效劳定义 本局部依据以下各方面，以抽象的方法定义由PROFINET IO应用层提供的外部可视的效劳： a) 定义应用资源对象的抽象模型，这些资源能够由用户通过使用FAL效劳来操作； b) 效劳的原语动作

5、和事件； c) 与每个原语动作和事件相关联的参数，及其采用的形式； d) 这些动作和事件之间的相互关系及其有效的顺序。 本局部目的是定义用于以下各局部的效劳： a) 现场总线的用户与应用层的交界处的FAL用户； b) 现场总线的应用层与系统管理的交界处的系统管理。 12PROFINET IO 应用层协议标准 本局部依据以下各方面，以抽象的方法定义由PROFINET IO应用层提供的外部可视的行为： a) 定义在通信应用实体之间传输的应用层协议数据单元的抽象语法； b) 定义在通信应用实体之间传输的应用层协议数据单元的传送语法； c) 定义在通信应用实体之间可视的应用效劳行为的应用上下关系状态机

6、； d) 定义在通信应用实体之间可视的通信行为的应用关系状态机。 本局部的目的是定义提供给以下局部的协议： a)定义在PROFINET IO应用层效劳定义中定义的效劳原语的表示法； b)定义与它们的传输有关的外部可视的行为。13通信模型控制设备与现场设备之间的通信14工程站与若干控制和现场设备之间的通信通信模型15通信模型现场设备与服务器站之间的通信16通信模型现场设备之间的通信17协议状态机结构18 FAL的行为由三个集成的协议机来规定。FSPM是FAL效劳与特殊的AREP之间的效劳接口。FAL提供两种协议机体系结构，一种用于IO控制器，另一种用于IO设备。FSPM负责以下的活动： - 接收

7、来自FAL效劳用户的效劳原语，并把它们转变成FAL内部原语。 - 选择基于隐式寻址机制的ARPM状态机，并把带有效劳参数的FAL内部原语发送到ARPM。 - 接收来自ARPM的FAL内部原语，并把它们转变成FAL效劳用户的效劳原语。 - 传送FAL效劳原语到FAL用户。ARPM规定应用关系的传输类型。DMPM规定对数据链路层的映射。因此，DMPM定义两个协议机：LMPM协议机和MAC协议机。 协议状态机行为19数据通信2SRTOffener TCP/IP KanalGerteparametrierungLesen von DiagnosedatenLaden von Verschaltunge

8、nAushandeln des Kommunikations-kanals fr NutzdatenEchtzeit Kanal SRTPerformante bertragungZyklische DatenEreignisgesteuerte Meldungen12112标准信道设备参数化和组态读取诊断数据协商过程数据的通信通道实时信道RT过程数据的高性能循环传输事件控制的信号/报警实时信道IRT高性能传输过程数据的等时同步传输抖动1sec实时3 RTIRT实时实时交换机 ASIC 321以太网TCP/UDP PROFINET应用IT应用例如： HTTP SNMP DHCP.标准数据实时数

9、据IP 20PROFINET 实时帧的结构所有的应用使用统一的实时协议符合IEEE 802.3所定义的标准帧格式PROFINET实时帧的专用 Ethertype以太网类型0 x0800: IP 帧0 x8892:PROFINET实时帧通过frame-ID帧标识符所接收的数据的分配循环传输非循环传输报警和事件设备和数据的状况例如：运行 ，停止 ，出错 前同步源MAC6字节Dest.MAC6字节优先权标志*4字节帧 标识符ID2字节FCS4字节应用数据多达1440字节同步1字节以太网-类型2字节以太网帧 (最大1530字节)状况信息4 B字节PROFINET专用以太网标准* 802.1 Q21实时

10、通信 RTRT 帧总是使用 VLAN- Tag 标记22等时同步实时通信 IRT IRT（Isochronous Real Time ）通信必需用具有集成交换机和等时同步功能的ASIC来支持。 如果在一个系统中需要IRT通信，则在工程设计阶段必须将总线带 宽分成一个IRT部分和一个包含TCP/IP、UDP/IP和RT的部分。 现场设备的发送间隔可以由用户来确定。间隔之间的转换由硬件 来监控。 23PROFINET IO适应性类CC24适应性类C: CC-C功能支持高精度的同步和时间确定性数据传输。因此，它提供预定的带宽用于实时通信，它是完全与标准通信分开的。集成的媒体冗余协议使在出错的事件下容

11、易无碰撞的交换循环数据通信量。典型的应用（例如）可以是高性能机器控制和运动控制。等时同步（Isochronous）应用可以被实现。 PROFINET IO适应性类CC25设备分类IO-控制器: 使用IO信号与指定的现场设备进行数据交换包含控制程序的设备，通常是一个 PLC或PCIO-设备:分散地连接的附属于 IO控制器的现场设备IO-监视器: HMI 和诊断站如 PLCIO-控制器组态生产数据报警 诊断上装/下载 诊断状态/控制参数化 读/写IO数据可以通过PLC过程映象访问过程信号的应用程序现场设备IO-设备投运、成套装备诊断编程设备/PCIO-监视器26设备间的数据交换在IO-控制器和IO

12、-设备之间定义应用关系AR一个AR中可能包含多种通信关系CR，用于组态、过程数据和报警ARIO-设备标准信道组态实时信道过程数据 IO-控制器实时信道 报警 报警 CRIO 数据 CR记录数据 CR27工程设计PROFINET使用与PROFIBUS相同的工程设计观点。28地址分配在基于IP的通信中，所有现场设备都有一个IP地址。每个现场设备有一个MAC地址和一个工厂专用的名称。地址分配分两步来实现： 第1步，分配惟一的工厂专用的名称给现场设备。 第2步，在系统启动前，由IO-控制器依据工厂专用 惟一的名称分配一个IP地址。 PROFINET规定通过制造商指定的组态/工程工具使用DCP(发现和根本配置协议 )协议分配IP地址。在PROFINET中DCP是必备的；也可以用DHCP动态主机配置协议 自动分配IP地址，在PROFINET中DHCP是可选的。 29地址分配30将PROFIBUS集成到PROFINET中PROFINETFIELDBUS 以太网和