PROFINET的组成及其应用_张永德
工业机器人最常见的工业网络通讯总线ProfiNet！
工业机器人最常见的工业网络通讯总线ProfiNet！由于最近项目过程中，采用的是工业以太网通讯总线，所以在这把自己准备的资料给大家研讨以下。
ProfiNet （工业以太网）•工业以太网是基于 TCP/IP 的工业通讯系统•可按名称分配地址•实现开放式和分配式的自动化•凭借现场总线和以太网实现全面通讯•可实现现场层面直至主控层面的通讯•可实现实时通讯ProfiNet IO 的基础数据交换按主从原理（设备控制器）来进行。
工业以太网输入/ 输出端使用下列类型器材：•管理器：可为编程器或工业用电脑。
•管理器与控制器均可访问所有工艺数据和参数数据。
•控制器：属于设备所有组件的上级控制装置。
（例如：KR C4）•从属装置：属于接受控制器操作和监控的现场设备（例如：输入 / 输出板卡）。
一个从属装置由多个模块和子模块组成。
一个从属装置允许拥有多个控制器（主机）。
ProfiNet IO 变型ProfiNet IO （工业以太网输入 / 输出端）•工业以太网输入 / 输出端使得分散现场装置（输入 / 输出装置，例如：信号处理板卡）可直接接入工业以太网。
•利用实时通讯功能传输业务数据•利用 TCP/IP 进行配置和诊断•输入 / 输出端管理器可服务于 HMI 和诊断功能ProfiNet IO 通讯模式输入 / 输出控制器与输入 / 输出装置之间借助下列信道传输数据。
•通过实时信道传输循环业务数据和警报•通过标准信道的 TCP/IP 及 / 或 UDP/IP 执行参数设置、配置或诊断其他主要数据：•每种工业以太网协议可最多传输 1440 字节的业务数据。
•借助 KR C4 里现有的 ProfiNet-Stack 可操控多达 256 个从属装置。
ProfiNet 实时•实时应用程序通常并非同步运行•应用程序、数据传输和现场装置具有不同的处理周期•周期时间和图像跳动均很不精确。
ProfiNet 实时同步•节拍同步式数据传输•应用程序、数据传输和仪器工作周期保持同步•周期时间 <1ms，图像跳动精度>1ms，图像跳动精度><>•为此需使用特殊型板卡•典型的应用领域是运动控制。
profinet原理
profinet原理PROFINET（Process Field Net）是一种用于工业自动化领域的以太网通信协议。
它实现了实时工控数据的传输与通信，具有高速、高可靠性和灵活性等特点。
PROFINET基于以太网技术，使用标准以太网物理层和数据链路层，通过使用RT（Real-Time）协议实现了实时数据传输。
同时，PROFINET还支持TCP/IP协议用于配置、管理和诊断。
PROFINET的工作原理如下：1. PROFINET通信采用经典的客户/服务器（Client/Server）模型，其中，IO设备（如传感器、执行器）作为服务器，控制系统（如PLC）作为客户端。
2. PROFINET通过定义和使用不同的数据区域（Data Area）实现工业控制数据的传输。
数据区域包括Process Image区和Configuration区。
3. Process Image是一个模拟或数字信号的全局共享数据区，用于实时数据传输。
客户端可以读取和写入Process Image，从而实现控制和监测设备的状态。
4. Configuration区用于存储设备的配置信息，包括设备的网络参数、标识等。
客户端可以通过读写Configuration区来配置和管理设备。
5. PROFINET支持多种网络拓扑结构，包括星型、环型和总线型。
各个设备通过以太网交换机或集线器进行连接和通信。
6. PROFINET使用各种机制来保证实时性和可靠性，如通过使用具有固定周期的周期报文、优先级和令牌机制等。
总之，PROFINET通过在以太网基础上实现实时数据传输和通信，为工业自动化提供了一种高速、高可靠性和灵活性的解决方案。
它已得到广泛应用于工业控制领域。
工业以太网基础及应用三(PROFINET技术)
工业以太网基础及应用模块三 PROFINET技术任务一 PROFINET 技术概述【学习目标】1、认识PROFINET网络技术。
2、了解PROFINET网络实现实时与等式实时的技术原理。
【相关知识】PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。
作为一个开发的通讯系统，PROFINET基于国际标准（IEEE 802.3，802.3u标准），并且满足特殊的网络部件的工业要求。
未来借助于PROFINET,以太网将能够完成来自运动控制系统，以及网络上现场设备的硬实时要求。
交换机制PROFINET 使用交换以太网作为访问方式。
它由点对点的连接组成。
全部设备都通过点对点连接直接连接其它设备（只连接一个设备）。
交换机允许在两个方向（发送和接收）同时进行通信。
因此，可以提供200 Mbps 的网络性能，相当于快速以太网带宽(100 Mbps) 的2 倍。
通过强制要求PROFINET 采用交换技术，PROFINET 实现了无冲突数据传输。
SIMATIC 交换机利用两种机制满足PROFINET 的实时性要求：“直通”和“存储转发”。
这些交换机制的优点：无需要帧的节点或网络区域不需处理与它们无关的数据。
其带来的空闲网络性能可供其它设备使用。
与传统解决方案不同的是，该解决方案利用交换机制实现了不同网段内部的并行通信，并因而提高了有效带宽。
基于PROFINET的实时通信实时通信实时通信用于将分布式I/O站点连接到控制器，从而利用总线传递传感器和执行器的信号状态。
PROFINET提供两种等级的实时通讯。
profinet技术参数
profinet技术参数（原创版）目录1.Profinet 技术的概述2.Profinet 技术的参数3.Profinet 技术的应用4.Profinet 技术的优势5.Profinet 技术的未来发展正文1.Profinet 技术的概述Profinet 是一种工业以太网标准，由德国的西门子公司于 1999 年推出。
它是基于以太网技术的工业自动化网络，被广泛应用于工厂自动化、过程自动化以及工程设计等领域。
Profinet 技术的主要优势在于其高速、实时、开放和可扩展性。
2.Profinet 技术的参数（1）传输速率：Profinet 支持多种传输速率，包括 10Mbps、100Mbps、1Gbps 等，以满足不同应用场景的需求。
（2）网络拓扑结构：Profinet 支持星型、环型、总线型等多种网络拓扑结构，以适应各种工业现场的布线需求。
（3）传输距离：Profinet 的传输距离取决于所使用的传输介质。
对于双绞线，其传输距离可以达到 1000 米；对于光纤，其传输距离可以达到 2000 米甚至更远。
（4）通信协议：Profinet 支持多种通信协议，包括 TCP/IP、UDP、ISO/OSI 等，以满足不同应用场景的需求。
3.Profinet 技术的应用Profinet 技术广泛应用于工业自动化的各个领域，包括工厂自动化、过程自动化、工程设计等。
其中，工厂自动化是 Profinet 技术的主要应用领域，其主要应用场景包括生产线自动化、机器人控制、物料输送等。
4.Profinet 技术的优势（1）高速：Profinet 技术支持高速的数据传输，可以满足工业自动化对实时性的要求。
（2）实时：Profinet 技术支持实时的数据传输，可以确保工业自动化系统在实时控制和监控方面的需求。
（3）开放：Profinet 技术支持开放的通信协议，可以实现不同厂商之间的设备互联。
（4）可扩展性：Profinet 技术支持可扩展的网络结构，可以满足工业自动化系统不断升级和扩展的需求。
工业通信中的Profinet技术
工业通信中的Profinet技术工业通信是指在工业环境中实现设备之间的数据交换和通信传输的技术。
在工业领域中，数据的快速、可靠和安全传输对于生产过程的控制和监测至关重要。
Profinet技术作为一种先进的工业通信协议，已经得到了广泛应用。
一、Profinet技术简介Profinet（Process Field Net）是由西门子公司推出的工业通信技术，是基于以太网的通信协议。
它使用常见的以太网硬件和TCP/IP协议，能够提供快速、可靠的实时通信。
Profinet技术结构灵活，可适用于各种工业环境和自动化应用。
它支持多种通信模式，包括实时通信、非实时通信和工程信息通信。
二、Profinet技术的特点1. 高性能：Profinet技术采用了实时性能优化和网络管理机制，能够实现微秒级的通信响应时间。
这对于工业自动化过程中的实时控制非常重要。
2. 可靠性：Profinet技术能够提供可靠的通信连接和数据传输，通过冗余机制和网络监测，能够保证数据的完整性和稳定性。
这使得在高噪声、干扰和故障环境下，Profinet仍然能够保持稳定的通信。
3. 灵活性：Profinet技术支持多种拓扑结构和网络配置方式，可以适应各种工业应用场景。
它可以与现有的工业以太网、PROFIBUS和其他自动化系统集成，提供灵活的扩展和迁移路径。
4. 安全性：Profinet技术提供了各种安全功能和机制，包括数据加密、访问控制和身份验证。
工业网络中的数据可以被安全地传输和存储，防止机密信息泄露和非法访问。
三、Profinet技术的应用1. 工业自动化：Profinet技术广泛应用于工业自动化领域，用于设备控制和监测。
它可以连接各种工业设备和传感器，实现实时数据的采集和处理。
2. 机器人控制：Profinet技术可用于机器人系统中的高速通信和数据交换。
它可以实现机器人的准确控制和协调运动，提高生产效率和质量。
3. 过程控制：Profinet技术在化工、制药和能源行业中得到广泛应用。
profinet方案
ProfiNet方案简介ProfiNet是一种基于以太网的工业通信协议，是国际电工委员会（IEC）的标准，旨在实现数据在工业自动化系统中的高效传输和实时控制。
该协议允许不同设备之间进行可靠的通信，包括传感器、执行器和控制器等。
原理以太网基础设施ProfiNet基于以太网的硬件和软件基础设施。
它利用了以太网的高带宽和灵活性。
以太网可以提供高速数据传输和连接不同设备的能力。
实时通信ProfiNet支持实时通信，这意味着它可以在规定的时间范围内传输数据。
这对于工业自动化应用非常重要，因为它要求即时响应和可靠的通信。
实时通信可以通过设置固定的数据传输时间周期来实现。
网络架构ProfiNet使用主从网络架构。
通常，ProfiNet网络由一个或多个控制器（主站）和多个从站（设备）组成。
主站负责发送和接收数据，从站负责执行指令。
这种架构使得ProfiNet适用于工业自动化系统，可以实现高效的控制和监控。
数据交换ProfiNet支持不同类型的数据交换。
它可以传输实时数据、过程数据和配置数据。
实时数据包括传感器采集的数据和执行器控制的数据。
过程数据包括工艺参数等。
配置数据用于配置网络设备。
特点高性能ProfiNet提供高性能的数据传输和实时控制。
它使用以太网的高带宽和低延迟，可以传输大量数据，并实现快速响应时间。
灵活性ProfiNet是一种灵活的通信协议，可以适应不同的工业自动化应用。
它可以连接各种设备，包括传感器、执行器、控制器等，并支持实时数据传输。
可靠性ProfiNet采用了多种机制来确保数据的可靠传输。
它包括错误检测和纠正以及数据重传等。
这些机制可以保证数据的完整性和稳定性。
易于集成ProfiNet具有良好的互操作性，可以与其他系统集成。
它支持标准的以太网协议和设备接口，可以与现有的以太网设备兼容。
应用领域ProfiNet广泛应用于工业自动化领域。
它可以用于控制制造过程、监控机器和设备、传输实时数据等。
以下是一些常见的应用场景：•工业机器人•自动化生产线•传感器网络•仪器仪表控制总结ProfiNet是一种基于以太网的工业通信协议，为工业自动化系统提供了高效的数据传输和实时控制能力。
Profinet网络
Profinet网络Profinet是一个工业以太网实时通信协议，是现代工业自动化的核心技术之一。
本文将介绍Profinet的基本概念、应用场景、性能特点以及未来发展方向。
一、Profinet的基本概念Profinet（Process Field Net）是由西门子公司推出的一种基于以太网的工业现场总线技术。
Profinet通信协议采用TCP/IP协议作为底层传输层协议，能够为企业提供高可靠性的实时通信，适用于在制造、过程和物流领域中的各种自动化应用。
从技术层面上来看，Profinet是一种分布式控制系统（DCS），它由位于主控制器（PLC）和从设备（I/O模块、传感器、执行器等）之间的通信组成。
Profinet的最大特点是其可扩展性和兼容性。
Profinet网络可以扩展至数百个节点，而且它可以轻松地整合和升级现有的自动化系统。
此外，Profinet的兼容性也非常好，可以与现有的基于TCP/IP协议的网络相容，如以太网、无线局域网（WLAN）和广域网（WAN）。
二、Profinet的应用场景Profinet在各种工业自动化应用中都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景：1. 离散制造业：在离散制造业中，Profinet可以用于控制各种机器和设备，例如机床、工业机器人等。
它可以支持现场总线和现场设备之间的大量数据交换。
这样就可以实现在整个生产过程中对生产计划、生产进度和生产数据进行实时监控和控制。
2. 过程制造业：在过程制造业中，Profinet可以用于控制各种工业设备，如化工厂、炼油厂、水处理厂等。
它可以实现过程数据的实时传输和监控，从而提高生产效率和质量。
3. 物流：Profinet可以用于控制自动化仓库，包括传送带、搬运机器人等。
它可以使物流系统更加高效，提高货物的生产效率。
4. 交通：Profinet可以用于控制交通信号灯。
它可以使交通系统更加智能化，提高交通安全和效率。
5. 公共设施：Profinet可以用于控制建筑自动化系统，如空调、照明和安防系统等。
PROFINET技术和应用系统 手册
2.3
设备描述 ··················································································································· 9
2.4
组态和数据交换 ········································································································ 9
2.5
诊断 ························································································································· 10
3 分布式自动化······························································································································· 10
网络管理 ················································································································· 21
6.2
Web 服务 ·················································································································· 21
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收稿日期:2005-04-10作者简介:张永德,男,副教授,研究方向为现场总线、工业以太网等。
PROFINET 的组成及其应用张永德,李 鑫(北京化工大学信息学院,北京100029)摘要:文中详细阐述了PROFINET 的主要组成部分:分散式现场设备及分布式自动化,以及客户所需的统一通信和现场总线集成等。
PROFINE T 可以实现与其他现场总线的无缝集成,从而保护了商家的已有投资。
PROFINE T 的应用,增强了生产过程的透明度,优化了系统运作。
关键词:工业以太网;PROFINE T;分散式现场设备;组件模型;实时通信中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1000-0682(2006)01-0025-04PROFINET constituents and its applicationZHANG Yong -de,LI Xi n(Information Institute o f Bei jing U nive rsity o f Chemical Technology,Bei j ing 100029,China )Abstract:This paper describes the main constituents of PROFINE T,such as decentralized field devices,distributed automation,customer -required unified com munication,integration of fieldbused,etc.The PROFI NE T can realize a complete integration with other fieldbuses,thus safeguarding the interests of the businessmen for their paid -up investments.Key words:industrial ethernet;PROFI NE T;decentralized field device;c omponent model;rea-l time com -munication0 概述PROFINET 是PROFIB US 国际组织(PI)提出的用于自动化的开放的工业以太网标准,为自动化技术提供广泛和完整的解决方案。
开发PROFINE T 的动力源自用户的需求、独立制造商预期投资的缩减以及涉及到整个工厂范围工程的要求。
PROFINE T 创立了一个现代化的自动化概念:基于以太网标准,可实现与现场总线系统的无缝集成。
它代表了一个重要的方面,即满足公司管理层到现场层通信的连续性。
PROFINE T 由以下主要部分组成:分散式现场设备、分布式自动化、用于所有客户需要的统一的通信、网络安装、I T 集成、现场总线集成。
1 分散式现场设备(PROFINET IO )简单的现场设备使用PROFI NE T IO 集成到PROFINET,并用PROFIB US DP 中熟悉的IO 来描述。
这种集成的本质特征是使用分散式现场设备的输入和输出数据,然后由PLC 用户程序进行处理。
PROFI NE T IO 模型与PROFIB US DP 中的模型类似,设备属性用基于XML 的描述文件(GSD)来描述。
PROFI NE T IO 设备的系统集成方法与PROFIB US DP 的系统集成是相同的,包括在组态过程中将分散式现场设备分配给一个控制器。
这样过程数据就能在控制器和现场设备间交换。
分散式现场设备在以太网中直接通过使用PROFI NE T IO 实现集成。
为实现该方案,PROFIB US DP 系统中的常见的主/从规程被移植到供应商-消费者规程。
以太网上所有的设备有同等的通信权利,因而组态时要明确哪些现场设备被分配给主控制器。
在这种方式下,PROFIB US 系统中常见的运作方法转变为PROFINE T IO 模式。
I/O 信号读入PLC,并在其中得到处理,然后传送给分散的现场设备。
111 功能范围PROFI NE T IO 区分为3种设备类型:P N-IO 控制器、PN-IO 设备、PN-IO 监视器。
(1)PN-IO 控制器 即PLC,自动化程序在其中运行。
(2)PN-IO 设备 分配给P N-IO 控制器的分散式现场设备(如远程IO 、终端设备、频率转换器)。
(3)PN-IO 监视器 拥有代理和诊断功能的编#25#2006年第1期 工业仪表与自动化装置程设备或PC 。
数据通过下列通道在IO 控制器和IO 设备间传输,如图1所示。
(4)循环用户数据通过实时通道传输。
(5)事件触发中断(诊断)通过实时通道传输。
(6)参数分配、组态或读取诊断信息通过基于UDP/IP 的标准通道实现通信进行时,在基于非循环UDP/IP 通道中的IO 控制器与IO 设备间建立被称为应用关联(IO-AR)的通信关系。
接着IO 控制器通过该稳定信道为IO 设备传输组态信息。
组态信息决定正确的操作模式,如I O 设备得到独一无二的设备识别号。
基于组态信息,高速、循环的过程数据通过实时信道(IO-C R)执行互换。
如果有故障发生(如电缆断裂),中断信息通过高速、非循环的实时通道(中断CR)传送给IO 控制器,该中断信息在IO 控制器中的PLC程序中进行处理。
图1 供应商-消费者模式中的PROFINE T IO 间的通信方式112 设备模式PROFINET I O 设备被设定为相同的模式。
该模式来源于PROFIB US DP 中的主要特征(如图2所示),并扩展了其中的优点。
图2 PROFINE T IO 的设备模式与PROFIB US DP 类似一个带有标准组件配置的IO 设备由嵌入进模块的狭槽组成。
模块包括一些通道,过程数据在这些通道中读入和读出。
接口模块是这些I O 设备的典型代表。
接口模块从IO 控制器接收数据,并通过总线将数据传给其他的模块;接口模块也从其他的模块接收过程和诊断信息,并把这些信息传给IO 控制器。
每个I O 设备都有一个惟一的设备识别号,该识别号在PROFINE T I O 框架内分配。
识别号有32位:16位生产商识别号,16位设备识别号。
生产商识别号由PROFIB US 用户组织(PNO)来分配,设备识别号由生产商指定。
113 设备描述(GSD)如同在RPOFIB US 中,设备描述把PROFINE T 设备集成到一个I O 控制器的组态工具中。
IO 设备的属性以GSD(General Station Description)文件的形式描述,该文件包括下面必需的信息:# IO 设备属性(如通信参数)# 可嵌入的模块(类型数)# 独立模块的组态数据# 模块参数# 记录诊断错误的文本(如断线、短路),X ML 是PROFINE T IO 设备GSD 文件的描述基础。
因为XML 是一个开放的、应用普遍并且已被接受的用于描述数据的标准,所以有以下可用的标准工具和属性:# 通过一个标准工具生成和确认# 外部语言的集成# 分层的结构GSD 文件的结构符合ISO 15745规范,由报头、应用层的设备描述(如组态数据和模块参数)和传输层的通信属性描述组成。
114 组态和数据交换IO 设备的描述文件输入组态工具。
IO 地址分配给现场设备独立的I O 通道。
IO 输入地址包含接收到的过程数据。
用户程序评估和处理这些数据后,形成输出值,并通过IO 输出地址将它们传送到系统中。
另外,组态工具中参数被分配给独立IO 模块和通道。
组态完成后,组态信息下载到IO 控制器。
I O 设备被I O 控制器自动分配和组态,接着进入循环数据交换。
115 诊断PROFI NE T IO 支持多层次的诊断,即可进行有效的故障定位和纠正。
当故障发生时,有故障的I O设备向IO 控制器传送诊断报警。
报警信息在PLC 程序中触发一个请求给相关的程序块,使之能够响应错误。
如果设备和模块侦测需要将设备或模块进行完全转换,I O 控制器自动地执行新设备或模块的参数分配和组态。
诊断信息有以下的分级结构:# 插槽数(模块)# 通道数# 通道类型(输入/输出)# 故障编码起因(如断路、短路)# 附加的特殊制造商信息#26#工业仪表与自动化装置 2006年第1期2 分布式自动化典型的分布式自动化系统由几个子单元组成,这些子单元作为工艺技术模块可以自治地运行,通过可管理的一系列同步化、顺序控制和信息交换信号协调它们的相互作用。
PROFINET 组件模型使用的工艺技术模块由下面几部分组成:机械部分、电子部分和控制程序。
通过使用在I T 领域已获成功的组件技术,工艺技术模块的全部功能封装在一个相关的软件组件中。
对这样的一个组件建模为一个对象,并视其为一个黑匣子。
定义外在的组件接口是为了与分布式系统内部的组件通信。
以这种方式设计的分布式自动化系统是成套装备和机器模块化的前提,从而可重复使用该成套装备和机器的组件。
这将极大的减少工程投资。
在工厂工程中工艺技术模块的代表是PROFINET 组件。
每个工艺技术模块都有一个接口,使工艺技术变量可以与其他组件的变量交换。
PROFINET 组件可以用标准的C OM 技术模拟。
C OM 是先进对象化的发展方向,使用进程建立在预先安装的组件上。
这些组件以完整单元的构成为特征,能够与别的组件相互关联。
组件接口的访问机制在PROFINET 中统一定义。
PROFINET 的组件模块使用PCD (PROFINET Commponent Desc ription)来描述工艺技术模块。
PCD 基于XML,由特殊制造商组态工具中的组件发生器或PROFI NE T 组件编辑器生成。
PC D 文件包括PROFINET 组件的功能和对象信息。
这些信息包括:# 库元素的描述 组件ID,组件名称# 硬件的描述 保留的I P 地址,访问诊断数据,下载连接# 软件功能的描述 软件和硬件之间的分配,组件的接口,变量的属性(111n ),名称(例如开始),数据类型(例如布尔),方向(例如输入)# 组件方案的存储位置分布式自动化系统工程在独立工艺技术模块(特殊制造商配置工具)和整个系统的工艺配置(互联编辑器)之间的控制逻辑编程方面是有区别的。
整个系统的应用由3步组成:组件生成,组件互联和下载互联信息。
(1)组件生成组件作为工艺技术模块的通信封装,由设备或机器的制造商创建。
与以前一样,采用有关的制造商专用的工具对这些组件进行编程和组态。
这样,就可以继续使用现有的用户程序,编程和维护人员可以继续发挥他们的技能。
用户软件封装在PROFI NE T 组件中,并以XML 文件的形式创建了组件描述(PCD)。