Profinet工业以太网实时通信协议分析

低压电器(2008№21)通用低压电器篇

现场总线

孙凡金(1977—),男,副教授,博士,研究方向为网络控制系统。

Prof i n et 工业以太网实时通信协议分析

孙凡金,　刘彦呈,　潘新祥

(大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连　116026)

摘　要:在分析P rofine t 关键技术组成的基础上,对其实时性优化技术进行了综述,并通过分析通信连接的建立及维护,实时协议的组成及通信策略,以及R T 与I RT 的通信技术与实现方法,从整体上研究了Profinet 实时性优化的协议组成及基本特性,对设计与优化基于Prof i net 工业以太网的自动化系统具有一定借鉴。

关键词:Pr of i n et;实时性;通信连接;同步

中图分类号:TP 393.04　文献标识码:A 文章编号:100125531(2008)2120030204

The Ana lysis of the Rea l 2T i m e Co m m un i ca t i on

P r otocol i n Pr of i net

SUN Fan jin,　L I U Yancheng,　PA N X inx iang

(School of Marine Engineering,Dalian Mariti me University,Dalian 116026,China )

Abstra c t:B ased on t he ana l ysis of P rofine t ’s key t echn ology ’s constituti on,its real 2ti me op ti m i zati on tech 2

nol ogy wa s surveyed .By analyzing the build and ma i ntenance of co mm unica ti on connec t,real 2ti me prot ocol ’s con 2stitution and communica tion strategy,R T and I R T ’s communica tion techn ology and realizati on method,the prot ocol constituti on and ba sic charac teristic s for Profinet real 2ti me op ti m iza ti on we re st udied,which can be refe rence f o r de 2signing and o p ti m izing aut oma tic system based on Profi net .

Key word s:P r of i ne t ;rea l 2ti m e;comm un i ca t i on connec t ;synchr onous

刘彦呈(63—),男,教授,博士生导师,研究方向为工业监控网络。潘新祥(6—),男,教授,从事船舶网络化监控技术的研究。

0　引　言

Pr ofinet 是国际组织P NO (Pr ofibus Nati onal

O rganizati on )提出的用于工业自动化的实时以太网标准

[1,2]

。为支持不同工业级应用,Pr ofinet 提

供了集成式Pr ofinet I O 和分布式自动化中创建模块化设备系统的Pr ofinet C BA [3]。P r ofinet I O 对分布式I/O 使用实时通信(R T)和同步实时通信(I R T )协议。RT 通信时钟周期可达10m s 量级,适用于工厂自动化的分布式I/O 系统。I RT 通信时钟周期可达1m s 量级,适用于运动控制系统[4,5]。Pr ofinet CBA 使用TCP /I P 和RT 两种基于组件的通信方式。它允许时钟周期由TCP 协议的100m s 量级降至RT 的10m s 量级,从而更适用于P LC 之间的通信。本文通过分析Pr ofinet 实时性协议的组成,对其通信连接建立及管理、实

时同步机制、等时同步实现方法及关键技术进行了深入分析,阐述了Pr ofinet 实时通信解决方案实现方法。

1　Profinet 协议架构

传统的以太网使用CS MA /CD (带有冲突监测的载波监听多路访问)协议实现介质访问控制,虽然工业以太网可使用标准的通信协议(如T C P /I P 或UDP /I P )来提高其实时性,但数据包的传输时延很大程度上依赖网络负载而不能预先确定,因此标准协议通信过程中会产生帧过载现象,这即加大传输时延及处理器计算时间,从而延长发送周期,严重影响网络的实时性。为此,P r ofi 2net 通过对发送器和接收器的通信栈进行实时性优化,可保证同一网络中不同站点可在一个确定时段内完成时间要求严苛的数据传输。Pr ofinet

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