Profinet工业以太网实时通信协议分析
profinet协议基础知识
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Profinet协议是一种工业以太网协议，用于工业自动化领域中的实时通信。
这种协议具有高速传输数据、实时性、灵活性、可靠性和安全性等特点。
Profinet协议能够支持多种通信方式，如IO数据传输、数据采集和控制、远程诊断等功能。
Profinet协议的核心是实时通信，因此它通常用于控制和监控系统。
使用Profinet协议的设备可以在高速以太网上进行通信，从而实现实时控制和监控。
此外，Profinet协议还支持分布式控制系统，可以将控制节点分布在不同的位置，从而更好地满足工业自动化的需求。
Profinet协议还可以支持多种传输媒介，如有线以太网、无线以太网、光纤等。
这种协议还支持多种拓扑结构，如总线、星型、环形等。
这种灵活性使得Profinet协议可以应用于不同的工业自动化场景中。
总的来说，Profinet协议是一种非常重要的工业以太网协议，具有高速传输、实时性、灵活性、可靠性和安全性等特点。
工业自动化领域的许多设备和系统都运用了这种协议，因此掌握Profinet协议的基础知识对于工业自动化领域的从业人员来说非常重要。
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profinet通讯实时性、可靠性
一、简介：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。
作为一项战略性的技术创新，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。
PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。
PROFINET的实时性，需要了解PROFINET的协议和工作机制。
PROFINET具有RT和IRT两种等级的实时通讯。
PROFINET区分两类不同性能的实时周期通讯，一种是实时（RT）通讯，主要用于工厂自动化，这一类没有时间同步要求，一般只要求响应时间为5-10ms。
另一种是等时同步实时（IRT），主要用于有苛刻时间同步要求的场合例如运动控制，电子齿轮。
与此对应，PROFINET提供两类实时通讯通道具体分为RT实时通道和IRT实时通道。
另外还包括一个标准通讯通道，标准通道是使用TCP/IP协议的非实时通讯通道,主要用于设备参数化、组态和读取诊断数据。
1、 PROFINET实时通信根据响应时间的不同，PROFINET支持下列三种通讯方式：1. 1TCP/IP标准通讯PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。
TCP/IP 是IT 领域关于通信协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在100 ms的量级，不过，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。
2. 2. 实时（RT）通讯对于RT，通讯双方，按照Step7组态的各自的时钟周期内，向对方发送一次数据，实现实时的数据交换。
PROFINET的实时性及其协议分析
设计与应用计算机测量与控制.2017. 25 (3)Computer Measurement & Control•187 •文章编号：1671 - 4598(2017)03- 0187 -04 D O I：10. 16526/j. cnki. 11-4762/t p.2017. 03. 051 中图分类号：T P301文献标识码：A PROFINET的实时性及其协议分析雜幽拣，i嗜永(上海航天电子技术研究所，上海201109)摘要：针对目前现场总线技术无法满足工业控制领域对信息传输的速率以及信息传输实时性的较髙需求，P R O F I N E T实时协议迅速发展起来，该协议在通信方面较现场总线技术有更好的实时性以及更髙的传输速率；首先对标准T C P/I P协议进行了研究，分析了 P R O F I N E T对标准T C P/I P协议的优化方式；然后详细介绍了 P R O F IN E T R T和P R O F IN E T I R T的帧结构以及基于具体数据的实时性分析，为西门子S T E P7对P R O F I N E T的组态配置提供了一定的借鉴作用；最后采用西门子的P R O F IN E T I O设备、I O控制器等，通过 S T E P7的组态配置，验证了 P R O F IN E T I O之间的通信…关键词：P R O F I N E T;实时；R T; IR T; S T E P7Analysis of Real —time Performance and Protocol Based on PROFINETZhang G uodong, Wang Y ouchun(Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute,Shanghai201109，China)A b str a c t：In order to m e e t th e h ig h dem an d o f th e tra n sm issio n rate and real —tim e p erform an ce in in d u stria l co n tro l fie ld, a real —tim ep ro to co l o f P R O F IN E T for in d u strial E th e r n e t is p rop osed. T h e p ro to co l h as b etter real — tim e p erform an ce and h igh er tra n sm issio n rate than th e field b us tech n o lo g y. F ir s tly, th e standard T C P/I P p ro to co l w a s stu d ie d, and th e o p tim iz a tio n o f th e stand ard T C P/I P p ro to co l for P R O F IN E T w a s an alyzed. T h e n, th e fram e stru ctu re o f P R O F IN E T R T and P R O F IN E T IR T w ere an alyzed in d etail. T h e r e a l-t i m e a n a lysis b ased o n co n cr ete data w a s in trod u ced and th is w ill be a certain re fe ren ce for S T E P7co n fig u ra tio n o f S iem e n s. F in a lly, w ith th e h elp of S iem en s P R O F IN E T IO d ev ic es and IO c o n tr o lle r, th ro u g h th e co n fig u ra tio n o f S iem e n s S T E P7, th e co m m u n ica tio n b e tw e e n P R O F IN E T IOd ev ic es w ere fin a lly realized.K e y w o r d s：P R O F IN E T?R e a l-t i m e?R T? IR T? S T E P7〇引言20世纪八九十年代，现场总线技术飞速发展，但是随着它在工控界大肆推广之际，也发现了它的不足及缺点。
profinet 通信等级
profinet 通信等级Profinet通信等级Profinet是一种用于工业自动化领域的通信协议，它提供了高性能、实时性和灵活性，使得工业设备之间可以进行可靠的数据交换。
在Profinet中，通信等级是指设备之间进行通信时所使用的特定通信方式和协议参数的组合。
不同的通信等级适用于不同的应用场景和需求，本文将介绍Profinet的不同通信等级及其特点。
一、通信等级C通信等级C是Profinet中最基本的等级，适用于低要求的应用场景。
在通信等级C下，设备之间的通信是通过以太网进行的，数据传输速率较低，实时性也不高。
通信等级C主要用于一些简单的数据采集和监控任务，例如对设备状态的监控和数据的采集。
通信等级C的特点是简单易用，成本较低，适用于对实时性要求不高的场景。
然而，由于数据传输速率较低，通信等级C不适用于对数据处理速度要求较高的应用，例如高速生产线上的实时控制。
二、通信等级RT通信等级RT是Profinet中的实时通信等级，适用于对实时性要求较高的应用场景。
在通信等级RT下，设备之间的通信是通过以太网进行的，但采用了特殊的实时通信机制，保证了数据传输的实时性。
通信等级RT的特点是具有较高的数据传输速率和较低的通信延迟，适用于对实时性要求较高的应用。
通信等级RT可以用于对生产过程进行实时监控和控制，例如对生产线上的传感器数据进行实时采集和控制信号的下发。
三、通信等级IRT通信等级IRT是Profinet中的实时以太网通信等级，适用于对实时性要求非常高的应用场景。
在通信等级IRT下，设备之间的通信是通过以太网进行的，采用了更加高级的实时通信机制，能够满足对实时性要求极高的应用需求。
通信等级IRT的特点是具有极高的数据传输速率和极低的通信延迟，适用于对实时性要求非常高的应用。
通信等级IRT可以用于高速生产线上的实时控制，例如对高速运动设备的实时控制和数据采集。
四、通信等级IS通信等级IS是Profinet中的集成服务等级，适用于对网络安全和设备管理要求较高的应用场景。
PROFINET_IO通信实时性分析
PROFINET IO通信实时性分析发布: 2011-8-19 | 作者: —— | 来源: limaosheng | 查看: 413次| 用户关注：摘要：通过对PROFINET IO概念的介绍，以及对PROFINET非实时报文和实时报文在以太网及交换机中的传输时间的研究，得出不同组态距离的IO设备的刷新时间，从而正确设置组态参数，避免了由于刷新时间和看门狗时间设置不当而导致的设备故障。
关键词：PROFINET IO；刷新时间；实时性；响应时间PROFINET是PROcess、Field和NET的缩写，是基于工业以太网的开放的、标准的、实时的通信协议，可以应用TCP/IP协议和IT标准，与现场设备实现无摘要：通过对PROFINET IO概念的介绍，以及对PROFINET非实时报文和实时报文在以太网及交换机中的传输时间的研究，得出不同组态距离的IO设备的刷新时间，从而正确设置组态参数，避免了由于刷新时间和看门狗时间设置不当而导致的设备故障。
关键词：PROFINET IO；刷新时间；实时性；响应时间PROFINET是PROcess、Field和NET的缩写，是基于工业以太网的开放的、标准的、实时的通信协议，可以应用TCP/IP协议和IT标准，与现场设备实现无缝集成，可以说PROFINET是工业以太网应用在现场级的一种实施协议。
PROFINET主要有两种通信方式[1]：（1）PROFINET IO实现控制器与分布式I/O之间的实时通信；（2）PROFINET CBA实现分布式智能设备之间的实时通信。
从PROFINET的角度来看，PROFINET IO是在工业以太网上实现模块化、分布式应用的通信概念。
通过PROFINET IO，分布式I/O和现场设备能够集成到以太网通信中。
1 PROFINET IO的基本概念1.1 PROFINET IO的工程模型（1）IO控制器IO控制器[2]一般是可编程控制器（例如PLC），它能够执行自动化程序。
博途各种通讯协议的区别
博途各种通讯协议的区别
博途通讯协议，即Profinet协议，与其他通讯协议的主要区别如下：
1. 传输方式：Profinet采用工业以太网进行数据传输，而其他协议如Modbus、EtherNet/IP等则采用传统的现场总线进行数据传输。
2. 通讯速率与带宽：Profinet的通讯速率和带宽都较高，能够满足大数据量、高实时性的工业控制需求。
而其他协议的通讯速率和带宽可能较低，对于大数据量和高实时性的工业控制需求可能无法满足。
3. 开放性：Profinet是一种开放性的通讯协议，可以与其他主流的工业自动化厂商的设备和系统进行集成。
而其他协议可能是封闭的，只能与特定厂商的设备和系统进行通讯。
4. 实时性：Profinet协议在实时性方面表现优异，能够满足工业控制中对实时性的高要求。
而其他协议可能在实时性方面表现较差，无法满足高实时性的工业控制需求。
总的来说，博途通讯协议与其他通讯协议在传输方式、通讯速率与带宽、开放性和实时性等方面存在差异。
在选择使用哪种协议时，需要根据具体的应用场景和需求进行评估和选择。
profinet cba 协议报文结构-概述说明以及解释
profinet cba 协议报文结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是文章的开篇，主要介绍了Profinet CBA协议的基本信息。
Profinet CBA（Component Based Automation）是一种基于组件的自动化通信协议，旨在提供实时、高性能和可靠的通信机制，以满足工业自动化系统的需求。
该协议采用了基于以太网的通信技术，可以灵活地扩展和配置，同时具有良好的兼容性和易用性。
Profinet CBA协议的设计理念是将自动化系统分解为多个组件，并通过标准接口进行连接和通信，从而实现各个组件之间的紧密协作和实时数据交换。
这种组件化的设计方式使得系统结构更加灵活和可扩展，同时也便于系统集成和维护。
总的来说，Profinet CBA协议是一种先进的工业通信协议，具有高度的实时性、可靠性和灵活性，适用于各种工业自动化应用场景，为工业互联网的发展提供了重要支持。
1.2 文章结构文章结构部分主要包括以下内容：1. Profinet CBA 协议的基本概念和原理介绍2. Profinet CBA 协议的发展历程和应用领域3. Profinet CBA 协议的功能特点和优势分析4. Profinet CBA 协议的技术实现和实际应用案例展示5. Profinet CBA 协议与其他通讯协议的比较和区别6. Profinet CBA 协议未来的发展趋势和展望通过以上内容的详细介绍，读者可以更全面地了解Profinet CBA 协议的特点、应用场景和发展历程，进一步加深对该协议的理解和认识。
1.3 目的Profinet CBA 协议报文结构作为整篇文章的重点内容，旨在深入解析Profinet CBA协议报文的组成和规范，帮助读者更清晰地了解Profinet CBA协议的传输过程和数据格式。
通过对协议报文结构的详细解读，读者可以更好地理解Profinet CBA协议的工作原理和应用场景，为工程师在实际网络设计和配置中更好地应用Profinet CBA协议提供指导和参考。
profinet协议体系结构
profinet协议体系结构
Profinet是一种用于工业自动化领域的通信协议，它基于以太网技术，提供了实时性和高性能的特性。
Profinet协议体系结构可以分为三个主要层级，应用层、传输层和数据链路层。
在应用层，Profinet协议使用了标准的TCP/IP协议栈，这使得它能够与现有的以太网网络兼容，并且能够利用现有的网络基础设施。
在这一层级，Profinet定义了用于工业自动化控制和数据交换的应用协议，包括实时数据交换、配置和诊断。
传输层是Profinet协议的核心，它负责实现实时通信和数据交换。
在这一层级，Profinet使用了基于以太网的实时通信协议（RT-ETH）来实现对实时数据的传输。
RT-ETH允许周期性和非周期性数据的实时传输，同时保证了通信的可靠性和实时性。
数据链路层是Profinet协议的最底层，它定义了数据帧的格式和传输方式。
Profinet使用以太网作为物理传输介质，并在数据链路层上实现了IEEE 802.3标准。
此外，Profinet还引入了一些工业以太网的特性，如同步和实时性能的增强，以满足工业自动化领域对实时通信的需求。
总的来说，Profinet协议体系结构充分考虑了工业自动化领域对实时性、可靠性和高性能通信的需求，通过在应用层、传输层和数据链路层的设计上进行综合考虑，实现了在以太网上进行工业自动化控制和数据交换的要求。
这种体系结构的设计使得Profinet成为了工业自动化领域中一种被广泛采用的通信协议。
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通用低压电器篇孙凡金(1977 ),男,副教授,博士,研究方向为网络控制系统。
Profi net 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 ro fi net 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RT 与I RT 的通信技术与实现方法,从整体上研究了P rofi net 实时性优化的协议组成及基本特性,对设计与优化基于Profi net 工业以太网的自动化系统具有一定借鉴。
关键词:Prof i ne t ;实时性;通信连接;同步中图分类号:T P 393.04!文献标识码:A !文章编号:1001 5531(2008)21 0030 04The Anal ysis of the Real T i m e Co mmun icati onProtocol i n Profinet !!!SU N Fanji n ,!LIU Yancheng,!PAN X i n x iang(Schoo l ofM arine Eng i n eeri n g ,Da lian M ariti m e Un iversity ,Da lian 116026,Ch i n a)!!Abstract :Based on the analysis o f P ro fi net ∀s key techno l ogy ∀s constituti on ,its rea l ti m e opti m iza tion tech no l ogy w as survey ed .By ana l yz i ng t he buil d and m ai n tenance of co mmun ica ti on connect ,rea l ti m e protoco l ∀s con stituti on and communicati on stra tegy ,RT and I RT ∀s communicati on techno logy and rea liza ti onm e t hod ,t he protoco l constit ution and basi c character i stics for P ro fine t rea l ti m e opti m i zati on w ere st udied ,wh ich can be re ference f o r de si gn i ng and opti m izi ng autom ati c system based on Profi net .K ey words :Profi n et ;real ti m e ;co mmun icati on connect ;synch ronous刘彦呈(1963 ),男,教授,博士生导师,研究方向为工业监控网络。
潘新祥(1964 ),男,教授,从事船舶网络化监控技术的研究。
0!引!言Profinet 是国际组织P NO (Pro fi b us N ati o na l O rganizati o n)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,Profi n et 提供了集成式Profinet I O 和分布式自动化中创建模块化设备系统的Pro fi n et CBA [3]。
Profinet I O 对分布式I/O 使用实时通信(RT)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]。
Profinet CB A 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PLC 之间的通信。
本文通过分析Profinet 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Profi n et 实时通信解决方案实现方法。
1!Pro fi net 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TCP /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,Profi net 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。
Profine t30通过软实时和硬实时方案对I SO /OS I 参考模型的第2层进行了优化,此层内所改进的实时协议对数据包的寻址不是通过I P 地址实现的,而使用接收设备的MAC 地址,同时保证与其他标准协议在同一网络中的兼容性。
Profinet 的协议架构如图1所示。
图1!P rofi net 通信协议架构!!根据自动化系统的控制及通信要求,将应用层的数据规划为标准数据(非实时数据)和实时数据,标准数据是对时间没有严苛要求的数据,它使用传统以太网的标准通道,通常完成设备参数化、诊断数据读取、互连数据加载、非周期数据交换、信道组态等任务;实时数据是对时间有严苛要求的数据,它使用Profinet 优化的实时通道,其传输控制被映射到ISO /OSI 模型第2层内3种实时类型,实时类型1用于用户数据的高性能传输、周期数据交换;实时类型2用于事件触发的周期性数据传输;实时类型3主要实现等时同步数据的高性能传输,通常用于运动控制系统。
2!通信连接建立及维护Profinet 的实时协议使用发送器/接收器通信方式进行数据传输。
Pr o fi n et 设备可同时作为接收器和发送器进行工作。
在周期性实时数据的通信中,数据交换是基于连接的,连接的建立及删除由应用层协议控制;数据的接收器不会对数据包的接收状态向发送器进行明确回复,而仅通过监控时间间隔来考察数据接收情况。
此外,Profinet 实时协议不支持数据的分段及重组,以及长度超出以太网标准数据包长度(包含所有协议首部)的传输。
当发起者(如Profi n et 控制器)收到要建立的连接方面的信息时,这些信息可能来自于工程设计系统,也可能来自于保存的组态数据,它利用这些数据自动尝试与响应者建立连接。
在成功建立连接之后,发送器向接收器传输实时的生产数据或I/O 数据。
与此相反,发起者也可提供删除连接的触发,如上位操作终端或设计系统删除连接。
此外,发起者可以将发送器和接收器组合在同一个设备中,其回路的监控是通过实时协议的数据安全特性、发送器和接收器的高层协议和特殊的监控机制来实现的。
Profinet 建立与删除连接的过程如图2所示。
图2!P ro fine t 连接建立与删除3!实时通信协议Profinet 实时协议采用E t h er N et II 。
为减小交换机在帧处理时的最大周期偏差,使用VLAN 标签对帧进行优先级标识,从而控制运行时间内设备之间的数据流。
Pr o fi n et 实时帧使用优先级6或7发送。
遵照I E EE 802.1Q,VL AN 标签对以太网帧扩展了4Byte 。
E thertype 0x8100确定VLAN 标签协议标识符。
VLAN 帧格式在I E EE 802.1D 中定义。
I EEE 分配以太网协议0x8892对实时帧进行标识。
帧类型标识符用于描述两个设备之间的通信信道。
以太网与帧类型标识符的结合即可对实时帧进行识别,实时帧结构如图3所示。
!!其中,RT 数据区内的用法与结构没有具体定义,但若实时帧长度<64Byte ,则实时数据的长度必须扩展到最小40Byte 。
VLAN TPI D 区的CFI 用于区别以太网和令牌环网的类型。
对于接收器,控制器首先验证6Byte 的目的地址,随后在Profinet 协议栈中用以太网类型和帧类型标识符将帧分配到相应信道。
31通用低压电器篇图3!实时帧结构4!等时同步机制Profinet 的I R T 协议主要为运动控制等硬实时系统提供解决方案。
它通过使用时分多路复用协议及特殊通信ASI C (专用集成电路),确保在网络过载或网络拓扑动态变化时的通信质量。
此外,I RT 需要确定的网络组态,即通信前应规划网络拓扑、源/目的节点、通信数据量、连接路径属性等。
I RT 的一个传输周期主要由I RT 通道和开放通道进行分配,硬件AS I C 会对I R T 周期定时进行监视。
I RT 通道用于传输等时同步的周期性实时帧,开放通道用于传输非同步实时帧和非实时帧(NRT fra m e)。
I RT 周期组成及分配如图4所示。
I RT 通道传输I R T 帧的时间由站点数及周期数据量决定,无严苛时间要求的帧由ASI C 缓冲,并在开放通道有效时RT 通信时段传送。
开放通道的RT 通信时段有效时传送RT 帧以及由I EEE 802.Q 分配了优先级的非实时帧(NRT 帧),其中RT 帧包括周期实时数据RTC 和非周期实时数据RTA 。
标准通信时段内仅能传送NRT 帧,且该时段应足够大,以保证至少一个具有最大长度的以太网帧能够得到完整传输,但其传输任务应在传输周期结束的时候终止。
I R T 帧是基于同步的通信,其传输的确定性由帧类型标识符(Fra m e I D )以及网络类型来保证。
与实时帧不同,它不使用VLAN 标签分配优先级,其帧结构如图5所示。
Profinet 在实现网络同步时使用精确透明时钟协议(Precision Transparent C l o ck Pr o toco,l PTCP)来记录传输链路时间参数。
PTCP 位于OSI 参考模型的第2层,不具路由功能,但具有显著优点,如同步精度高、消耗资源少、带宽使用少、管理要求低,并对网络组件的CP U 性能和存储器性能无特殊要求。
PTCP 主端用一个多播帧触发同步,其帧结构如图6所示。
此帧的接收器通过接收到的同步信息调整自身的时钟。
调整时不能破坏相应设备的本地时间记录。
!!Profinet 将同一个时钟进行同步的子网内所有通信参与者定义为一个PTCP 子域。
PTCP 子域内可实现PTCP 主端和PTCP 从端之间微秒级或亚微秒级时间同步。
PTCP 同步是通过周期性地交换两个网络节点间的同步帧序列来实现的,其图4!I RT周期分配图5!IRT 帧结构32图6!PTCP帧结构中具有最高精确度时钟(主时钟)的网络节点用于同步其它节点的本地时钟(从时钟)。