第8章工业以太网和PROFINET-2要点
8 工业以太网
8.7 台达工业以太网设备简介
2. DVPEN01-SL模块外观及功能介绍
8.7 台达工业以太网设备简介
3. DVPEN01-SL模块ModbusTCP控制寄存器
8.7 台达工业以太网设备简介
二、台达工业以太网远程I/O模块 1. RTU-EN01模块特点 （1）支持Modbus TCP 协议； （2）支持Smart PLC 、计数器、定时器、万年 历； （3）最大支持16 台数字量模块与8 台模拟量模 块； （4）支持ModbusTCP/Modbus 网关； （5）支持通过网页设定参数； （6）支持MDI/MDI-X 自动检测。
网络维护报文一般采用广播方式发送。
8.5 Ethernet/IP
三、基于Ethernet/IP的工业以太网组网 1.系统规划
确定系统应用需求
系统性能预测（带宽 、I/O数据刷新周期）
2.网络规划与网络安装
（1）设备的选择 网线的选择 连接器的选择 集线器的选择
8.5 Ethernet/IP
三、EPA的网络结构
8.3 PROFINET
一、PROFINET技术的起源 PROFINET是PROFIBUS国际组织（PNO）于 2001年8月发表的新一代通信系统。 在2003年4月IEC颁布的现场总线国际标准 IEC61158第3版中，PROFINET被正式列为国际 标准IEC61158Type10。 PROFINET是一种工业以太网标准，能够将现 场控制层和企业信息管理层有机地融合为一体。
EPA已在化工、制药等多个领域的典型装置上获 得了成功的应用性
（2）支持EPA报文与一般网络报文并行传输
（3）分层化网络安全策略
（4）基于XML的EPA设备描述与互操作
PROFINET总线技术基础
6
1
2 3
RJ45
6
3、检查
第二节 PROFINET基础
概述 网络结构 传输介质和连接器 PROFINET与PROFIBUS的比 较
一、概述
PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一代总线 系统—PROFINET。因全球知名的自动化设备制造商 的支持，2000年底，PROFINET正式成为了 IEC61158标准的第10种现场总线。
系统的调试工作量。 ➢ 简化了系统的维护工作量。
4、使用要求
➢ 标准组件通常由设备制造商提供，采用标准化的 PCD(Profinet Component Description)文件描 述。PCD文件应用XML生成并存储。硬件组态时需 要这个文件。
➢ 为了完成某个特殊任务，需要设计者创建组件，并 生成PCD文件。
0AA0
0AB0
～220V
L1 N
GND
DC24V L+ L+ MM
PN1
DI16/DO16×DC24V X12
1L+(1)
3L+(31)
SB11 DI+1.0(12) SB12 DI+1.1(13)
DO+1.6(38)
1K/1W
HL11
1M(20)
3M(40)
LAN1
ET200S V7.0.5 DC24V
设备名称要求(适用于版本)： ➢ 名称总长度不得超过127个字符，名称如果用句点
分段，句点之间的字符串长度不得超过63个。 ➢ 不得使用诸如元音变音、括号、下划线、斜线、空
格等符号。
➢ 可以使用字母、数字、短划线和句点。 ➢ 不得以“-”或“.”开头或结束，不得以数字开始。 ➢ 名称格式不得为 (n = 0...999)，不得以字符串
非常重要的PLC知识之PROFINET(二)Profibus、Profinet、Ethernet有什么区别
非常重要的PLC知识之PROFINET（二）Profibus、Profinet、Ethernet有什么区别关注VX公众号：工控猫PLC,获取更多教学知识工控猫PLCPROFINET 是一种新的以太网通讯系统，是由西门子公司和Profibus 用户协会开发。
PROFINET 具有多制造商产品之间的通讯能力，自动化和工程模式，并针对分布式智能自动化系统进行了优化。
其应用结果能够大大节省配置和调试费用。
PROFINET 系统集成了基于Profibus 的系统，提供了对现有系统投资的保护。
它也可以集成其它现场总线系统。
简单来说，PROFINET=PROFIbus+etherNET，把Profibus的主从结构移植到以太网上，所以profinet会有Controller和Device，他们的关系可以简单的对应于profibus的Master和Slave，当然，是有区别的，但这样对应可以有助于理解。
另外由于profinet是基于以太网的，所以可以有以太网的星型、树形、总线型等拓扑结构，而profibus只有总线型。
所以profinet就是把profibus的主从结构和ethernet的拓扑结构相结合的产物，其他像等时性等西门子鼓吹的特性其实以太网也有，只不过profinet由于有Controller这样的控制单元可以提高等时性的精度而已。
PROFINET 是一种支持分布式自动化的高级通讯系统。
除了通讯功能外，PROFINET 还包括了分布式自动化概念的规范，这是基于制造商无关的对象和连接编辑器和XML 设备描述语言。
以太网TCP/IP 被用于智能设备之间时间要求不严格的通讯。
所有时间要求严格的实时数据都是通过标准的Profibus DP 技术传输，数据可以从Profibus DP 网络通过代理集成到PROFINET 系统。
PROFINET 是唯一使用已有的IT 标准，没有定义其专用工业应用协议的总线。
它的对象模式的是基于微软公司组件对象模式(COM) 技术。
PROFInet网络技术
灵活实施的理念
1丶基于无线通信的全新应用领域 通过工业无线局域网，可显著降低 维护成本，提高可靠性，提供方便 的高性能通信。只有PROFINET可 以集安全性与IWLAN于一身。通过 使用IWLAN，工厂操作员可通过 SIMATIC移动式面板获得更大的移 动自由度，应用广泛，安全性高。
2丶集成PROFIsafe的PROFINET 确保工厂和设备安全 基于PROFIsafe的安全通信能够可 靠保护人员、环境和工厂。无需 专用网络部件。可不受限制地使 用标准交换机和网关，可以利用 现有网络基础设施，无需单独布 线或额外安全控制装置。此外， 可以通过工业无线局域网 （IWLAN）实现故障安全通信。
3丶PROFINET通信网络可确保设备和工厂 最佳规划 除总线拓扑外，PROFINET还支持星形、 树形和环形拓扑，从而提供高度的灵活性。 PROFINET网络安装无需专业知识，满足 所有工业环境要求。并且无需任何附加措施， 后续还可扩展。如，SCALANCE网络部件 通过安全VPN连接访问机器和系统，实现 远程维护。
用以太网是兼容的。
工业以太网常见网络结构
PC工
CP1612/ 13 工工工工
工工工工工
工工工 工工工
PC工
工工 工工工工
工工工工工
工工工 工工工
CP243- 1 S7- 200
PN
S7- 300
PN
S7- 400
PN
ET200S
CP243- 1 S7- 200 CP343- 1 S7- 300 CP443- 1 S7- 400
PROFInet不仅可以应用于分布式智能控制，而且还逐渐进入到过程自动化领域。在过程自动化 领域，PROFInet针对工业以太网总线供电以及以太网本质在安全领域应用的问题正在形成标准或解 决方案，采用PROFInet集成的Profibus现场总线可以为过程自动化工业提供优越的解决方案：
profinet和以太网区别
第一章802.3profinet和以太网区别802.3 通常指以太网。
一种网络协议。
描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。
DIX Ethernet V2 标准与IEEE 的802.3 标准只有很小的差别，因此可以将802.3 局域网简称为“以太网”。
严格说来，“以太网”应当是指符合DIX Ethernet V2 标准的局域网。
早期的IEEE 802.3描述的物理媒体类型包括：10Base2、10Base5、10BaseF、10BaseT和10Broad36等；快速以太网的物理媒体类型包括：100 BaseT、100BaseT4和100BaseX等。
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)子层媒体接入控制MAC (Medium Access Control)子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC 子层来说都是透明的。
由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是DIX Ethernet V2 而不是802.3 标准中的几种局域网，因此现在802 委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2 标准）的作用已经不大了。
很多厂商生产的网卡上就仅装有MAC 协议而没有LLC 协议。
MAC子层的数据封装所包括的主要内容有：数据封装分为发送数据封装和接收数据封装两部分，包括成帧、编制和差错检测等功能。
数据封装的过程：当LLC子层请求发送数据帧时，发送数据封装部分开始按MAC子层的帧格式组帧：（1）将一个前导码P和一个帧起始定界符SFD附加到帧头部分；（2）填上目的地址、源地址、计算出LLC数据帧的字节数并填入长度字段LEN；（3）必要时将填充字符PAD附加到LLC数据帧后；（4）求出CRC校验码附加到帧校验码序列FCS中；（5）将完成封装后的MAC帧递交MIAC子层的发送介质访问管理部分以供发送；接收数据解封部分主要用于校验帧的目的地址字段，以确定本站是否应该接受该帧，如地址符合，则将其送到LLC子层，并进行差错校验。
PROFINET通信等级
PROFINET通信等级本文包括如下几个主题：工业以太网和PROFINET技术；PROFINET通信等级；PROFINET实现不同通信等级的方法。
1、工业以太网和PROFINET技术工业以太网是用于工业自动化环境中、符合IEEE 802.3标准的以太网。
工业以太网采用IEEE 802.1D(媒体访问控制网桥)规范和IEEE 802.1Q(局域网虚拟网桥)规范，通过使用全双工通信技术、优先响应技术、流量控制技术及虚拟局域网技术，可以将其实时响应时间做到5-10ms左右。
工业以太网和商业以太网是兼容的。
PROFINET技术是国际组织PI推出的一种总线技术，它基于工业以太网技术、TCP/IP技术和IT技术，是一种实时以太网技术。
2000年年底，PROFINET作为第10种现场总线列入了IEC61158标准中。
PROFINET技术包括PROFINET IO和PROFINET CBA两部分，它们基于不同的通信模型。
① PROFINET IOPROFINET IO用来完成工业自动化中分布式系统的控制，主要包括如下三种角色：IO控制器、IO设备和IO监视器；◆IO控制器(IO Controller)PROFINET IO系统的主站，执行各种控制任务，包括：执行用户程序、与IO设备进行数据交换、处理各种通信请求等；◆IO设备(IO Device)PROFINET IO系统的从站，由分布于现场的、用于获取信号的模块、传感器及执行器组成；◆IO监视器(IO Supervisor)IO监视器用来组态、编程，并将相关的数据下载到IO控制器中，还可以对系统进行诊断和监控。
最常见的IO监视器是用户的编程电脑。
② PROFINET CBAPROFINET CBA(Component-Based Automation)是基于组件的自动化，它适用于设备/系统之间的通信。
如果说PROFINET IO是控制器与现场设备的IO数据交换，那么PROFINET CBA则提供了多个IO系统之间的标准接口，可以组成更大的系统。
PROFINET工业以太网系统课程培训报告
•
在自动化系统中使用
•
IT-技术的优势
– – – 远程访问 Web 服务 软件更新
•
相对当前系统的高级之处
– – – 更高的性能 没有数量的限制 操基于工业以太网标准
Process
Safety IT-Standards & Security Network Installation
第二部分：Profinet网络拓扑及诊断
1
SCALANCE X 交换机及其环网
2
Profinet网络拓扑
3
Profinet网络诊断
SCALANCE X 交换机
SCALANCE 是 Scalable Performance 的缩写， SCALANCE X系列是西 门子专门用于工业环境的工业以太网交换机，专门用于将数据发送给既定目 标地址的有源网络部件。
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
IT 应用
e.g.. HTTP SNMP DHCP...
PROFINET 应用程序 1 标准数据 实时数据
TCP/UDP 实时
PN IO with IRT
2
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
PROFINET/工业以太网系统 课程培训报告
2016/4/19
鉴标杆 ∙ 琢精品 ∙ 创效益
1
PROFINET/工业以太网
课程名称
课程目的
课程内容
学时
培训时间
Profinet、工业以太网
PROFINET IO组态及编程基础和PROFINET RT&IRT基础 通过PROFINET网关设备集成传统的DP系统 了解工业以太网及PROFINET PROFINET IO网络安装指导 网络的构成、功能以及实时、 SCALANCE X交换机的组态及简单配置 非实时通讯的实现过程，此外， PROFINET网络诊断 还将了解网络故障的快速诊断 SCALANCEX 交换机的组态及简单配置 内容。 基于PROFINET 网络的S7通讯 基于CP 的开放式以太网通讯 基于CPU PN接口的开放式以太网通讯
PROFINET要点
显示订货号1 PROFINET IO概述PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准（IEC 61158）。
使用PROFINET，设备可以从现场级连接到管理级。
• PROFINET用于自动化的开放式工业以太网标准。
• PROFINET基于工业以太网。
• PROFINET采用TCP/IP和IT标准。
• PROFINET是一种实时以太网。
• PROFINET实现现场总线系统的无缝集成。
通过PROFINET，分布式现场设备（如现场IO设备，例如信号模板）可直接连接到工业以太网，与PLC 等设备通讯。
并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，其典型的响应时间在10ms的数量级，完全满足现场级的使用。
在使用Step7进行组态的过程中，这些现场设备（IO device, IO设备）制定由一个中央控制器(IO controller, IO控制器)。
借助于具有PROFINET的能力接口或代理服务器，现有的模板或设备仍可以继续使用，从而保护PROFIBUS用户的投资。
IO Supervisor（IO监视设备）用于HMI和诊断。
在PROFINET的结构中，PROFINET IO是一个执行模块化，分布式应用的通讯概念。
PROFINET IO 能让您从您所熟悉的PROFIBUS一样，创造出自动化的解决方案。
所以不管您组态PROFINET IO或PROFIBUS，在STEP7中有着相同的应用程序外观。
2 PROFINET IO现场设备简介以下SIMATIC产品用于PROFINET分布式设备：• IM151-3 PN作为IO设备直接连接ET200S的接口模块。
• CPU317-2DP/PN或CPU315-2DP/PN作为IO控制器的CPU模块，用于处理过程信号和直接将现场设备连接到工业以太网。
• IE/PB LINK PN IO将现有的PROFIBUS设备透明的连接到PROFINET的代理设备。
• IWLAN/PB LINK PN IO将PROFIBUS设备通过无线的方式透明的连接到PROFINET的代理设备。
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● 工业以太网和 PROFINET
3.以太网的数据链路层
IEEE802.3的封装格式是在RFCl042中定义的,这里的RFC(Request For Comment)是指有关Internet的正式文档。以太网的MAC帧由7个 域组成:前导码、帧前定界码、目的地址、源地址、长度、数据域以 及循环冗余校验CRC。
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
3.以太网的数据链路层
目标地址和源地址都是由6字节组成。目标地址的最高位表示该地址是 单播地址还是多播地址,如果为0,则表示该目的站点为单播地址;如果为1,则 表示多播地址,即目的站点为多个地址的一组站点;如果目的地址的内容全 为1,则表示该帧为广播帧,该帧发给网络上的所有站点。地址的次高位,表示 该地址是全局地址还是局部地址,该位为0时表示全局地址;为1时表示局部 地址。全局地址由IEEE分配,这样可以保证世界上没有任何两个节点地址 是相同的;局部地址可以由网络管理员自行分配,只要保证网络内部没有两 个节点地址是一样的就行了。
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
1. 以太网的产生
起源：上世纪60年代后期到70年代早期，夏威夷大学的 Norman Abramson开发出ALOHA网络
争用技术，无冲突处理措施
70年代中期，Xerox、Intel、Dec在PARC开发出一种基 于ALOHA的LAN网络
1990年发布的10BASE-T是以太网发展史上的一个里程碑，它在双 绞线上实现了10Mbit/s的数据传输。
1992年发布的10BASE-F系列以太网使用的传输介质是光纤。
1995年通过了快速以太网标准IEEE802.3u 。
1998年开始陆续发布了吉位（千兆位）以太网1000BASE系列，从 2002年开始陆续发布了万兆以太网10GBASE系列。
以同时传输和接收数据。
数据优先权（data prioritization）
本章内容
1. 概述 2. 以太网和IEEE802.3 3. 因特网与TCP/IP 4. 工业以太网 5. PROFINET
● 工业以太网和 PROFINET
● 工业以太网和 PROFINET
1. 概述
关于IEC61158标准缺陷问题的争论 为什么会想到以太网和TC/PIP容如果不大于1500,则表示的是它后面的数据区的长度, 这时候数据的类型域位于它的数据域前面;如果不小于1536,这时候PDU的 长度是固定的,用来表示类型,说明高层使用的协议,比如是IP协议还是IPX协 议。
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
3.以太网的数据链路层
命名原则
信号速率（Mbit/s）带宽（基带或宽带）－长度（米）或电缆类型
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
2. 以太网的物理层
基带传输 是指在一条线上只有一个信道，所有的数据传输只能使用 这个信道，基带采用MANCHESTER编码。
10BASE5是最早也是最经典的以太网标准
目的 以太网技术用到工业自动化领域必须解决它固有的 拥塞、竞争等问题。
全双工以太网（full－duplex Ethernet）
专用以太网交换机使得全双工以太网成为可能。专用以太网交换 机的使用有效地消除了竞争。
连接到交换机的每一个节点都有它自己的专用网段。 UTP中的一对用于传输数据，一对用于监听冲突。全双工节点可
数据区的长度为0~1500字节,但为了冲突检测的需要,如果数据区的长度小 于46字节,需要在后面加上一段填充段。数据域中真正的数据只有38~1492 字节,其余的字节分别是:IEEE802.2中规定的目的服务访问点和源服务访问 点各1字节，其值均为AAh;Ctrl字段的1字节,值为03h；Qrg coda字段的3字 节,其值均为OOh;另外的2字节紧贴在真正的数据段之前,用来表示数据域的 数据类型。
在帧的最后是循环冗余校验码,即4字节的CRC码。检验的范围从目的地址 域开始到数据域结束。在发送时,发送站点边发送边计算得到32位的CRC码, 并把它附在每一帧的后面。接收站点边接收边进行CRC校验,如果发现错误, 则丢弃该帧。
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
4. 解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施
前导码用来表示数据流的开始,由7字节组成,每个字节都是二进制数 1和0的交替代码10101010。它用于通知接收端即将有数据帧到来,使 接收端能够利用Manchester编码的信号跳变来同步时钟。
接下来的是1字节的帧前定界码SFD(Start Frame Delimiter),它用 来指示数据帧的开始,该字节的编码形式为10101011。
大多数的工业以太网技术都是基于快速以太网技术而开发的。控制 网络的应用领域一般都是百兆以太网。
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
3. 以太网的数据链路层
以太网的数据链路层分为媒体访问控制（MAC）子层和 逻辑链路控制（LLC）子层。
MAC 其任务是解决网络上的所有的节点共享一个信道所 带来的信道争用问题；
LLC 其任务是把要传输的数据成帧，并且解决差错控制 和流量控制的问题，从而在不可靠的物理链路上实现可靠 的数据传输。
介质访问方式是CSMA/CD
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
3.以太网的数据链路层
下图所示为IEEE802.3以太网MAC的帧格式。
8.1 以太网和IEEE802.3
CSMA/CD Ether的来历
1980年， DIX联盟第1个版本DIX1.0 1982年， DIX联盟第2个版本DIX2.0 IEEE802子委员会IEEE802.3的IEEE802.3规范 实际情况
8.1 以太网和IEEE802.3
● 工业以太网和 PROFINET
2. 以太网的物理层