下一代現(xiàn)場總線新標準PROFINET

PROFINET的性能等級

PROFINET用于實現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)的集成、一致的自動化解決方案。支持用以太網(wǎng)通信的簡單分散式現(xiàn)場設備和苛求時間的應用的集成，以及基于組件的分布式自動化系統(tǒng)的集成。為完成這一面向各種控制對象的需求，PROFINET在通信方式上根據(jù)通信目的不同而采用3種不同的性能等級：

(1)通過TCP/UDP/IP在標準通道上發(fā)送非苛求時間的數(shù)據(jù)，例如：參數(shù)、組態(tài)數(shù)據(jù)和互連信息。這滿足自動化層與其他網(wǎng)絡（MES，ERP）的連接需求。

PROFINET使用以太網(wǎng)和TCP/UDP/IP 協(xié)議作為通信基礎。TCP/UDP/IP 是IT領域在通信協(xié)議方面的實際上的標準。TCP/UDP/IP 提供了使以太網(wǎng)設備能夠通過本地和分布式網(wǎng)絡的透明通道中進行數(shù)據(jù)交換的基礎。

(2)對于生產(chǎn)裝備內(nèi)苛求時間的過程數(shù)據(jù)的傳輸，它采用實時通道。作為基于可用控制器的軟件來實現(xiàn)的。

在工廠自動化領域，實時應用需要刷新/響應時間范圍在5~10ms 內(nèi)。 經(jīng)驗指出，與設備中的處理時間相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太網(wǎng)線路上的傳輸時間是可以忽略不計的。在提供者的應用中可提供數(shù)據(jù)的時間是不受通信影響的。這就是說，在刷新時間以及實時響應中任何重大的改進可通過發(fā)布者和使用者通信棧的優(yōu)化來達成。PROFINET 中的實時通信通道為了能滿足自動化中的實時要求基于以太網(wǎng)（層2）。該解決方案顯著地減少了通信棧所占用的運行時間，從而提高了過程數(shù)據(jù)刷新速率方面的性能。

PROFINET使用快速以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)中已集成全雙工模式切換技術，并已進行了標準化。通過優(yōu)先級優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸在PROFINET中，不僅最小化了控制器中的通信棧，而且也對網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的傳輸進行了優(yōu)化。為了能在這些情況下達到一種最佳結(jié)果，在PROFINET中按照IEEE 802.1Q將這些數(shù)據(jù)包區(qū)分優(yōu)先級。設備之間的數(shù)據(jù)流則由網(wǎng)絡組件依據(jù)此優(yōu)先級進行處理。優(yōu)先級6是用于實時數(shù)據(jù)的標準優(yōu)先級，由此也就確保了對其他應用的優(yōu)先級處理。

(3)對于同步應用，PROFINET采用等時同步實時通信，它允許在時鐘速率為1ms時，抖動精度為1ms。

實時通道RT解決方案對于運動控制應用還遠遠不夠。運動控制應用要求刷新速率在1ms，100 節(jié)點的連續(xù)循環(huán)的抖動精度為1mm。為了滿足這些需求，PROFINET 在快速以太網(wǎng)的層2 協(xié)議上已定義了時間間隔控制的傳輸方法IRT。通過具備上述精度的參與設備（網(wǎng)絡組件和PROFINET設備）的時間同步化，可在網(wǎng)絡中規(guī)定時間片，在此時間間隔內(nèi)傳輸自動化任務所必需的關鍵數(shù)據(jù)。通信循環(huán)被分成兩個部分，即：時間確定性部分和開放性部分。循環(huán)的實時報文在時間確定性通道中傳輸，而TCP/IP 報文則在開放性通道中傳輸。等時同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕谟布膶崿F(xiàn)能夠獲得所要求的異常重要的順序精度要求，同時也解放了承擔PROFINET 設備通信任務的處理器。這就免除了繁瑣的計算，從而可為自動化任務提供解決方案。

這3種性能等級的PROFINET通信覆蓋了自動化應用的全部范圍。PROFINET 通信標準的特性包括以下方面：

(1)在一根通信線路上同時使用實時通信和基于TCP的IT通信。
(2)標準化的實時協(xié)議適用于所有應用、分布式系統(tǒng)中組件之間的通信以及控制器與分散式現(xiàn)場設備之間的通信。
(3)從一般性能到高性能和時間同步的可縮放的實時通信。