【虹科知識】PROFINET 協議基礎知識

PROFINET基礎知識

PROFINET（過程現場網路）是 Profibus & Profinet International (PI) 用於自動化的開放式工業以太網標準。PROFINET 使用 TCP/IP 和 IT 標準，支援實時以太網，並允許集成現場總線系統。PROFINET 的概念是模塊化的，因此用戶可以自己選擇功能。這在滿足速度要求的數據交換類型上有本質區別。

PROFINET 已開發用於與分散的外圍設備進行實時 (RT) 和時鐘同步通訊 IRT（IRT = 等時實時）。因此，PROFINET IO 是一種實時數據傳輸，因此也可用於高性能驅動器。名稱 RT 和 IRT 描述了 PROFINET IO 內通訊的不同實時特性。

PROFINET 技術（PROFINET = Process Field Network）是由 PROFIBUS & PROFINET International 基於以太網 TCP/IP 開發的，可通過工業通訊領域中的現有以太網網路提供快速實時數據通訊。無論是時間同步運動控制應用、驅動技術、樓宇自動化、過程自動化還是製造技術，PROFINET 都允許通過與工業 IT 任務相關的以太網進行快速數據交換。

PROFINET的劃分

為了滿足對數據傳輸速度（實時）最苛刻的要求 – PROFINET 技術具有模塊化基礎，因此由兩種變體組成，主要區別在於數據交換的類型。這些變體稱為 CBA（基於組件的自動化）和 IO（分散的外圍）。PROFINET 進一步分為 TCP/IP、RT 和 IRT 性能等級。

甚麼是PROFINET CBA?

Profinet CBA 通常被稱為該技術的「源變體」。該組件模型允許智能自動化設備之間的數據交換/通訊。Profinet CBA 追求在以太網-TCP-IP 的基礎上建立分佈式自動化，從而將任務分配給不同的設備，因此 Profinet CBA 不適合實時應用。

PROFINET CBA 適用於什麼？

PROFINET CBA 用於設計相同或可以輕鬆更改的自主運行的工廠單元領域。

以下是 PROFINET CBA 的一些規範：

控制是在少量輸入信號的基礎上進行的
控制是在少量輸入信號的基礎上進行的
獨立於製造商的工程
投影取代系統編程
適用於 50 到 100 ms（非實時）的總線循環時間

Profinet IO – 控制單元和分佈式現場設備之間的實時通訊

與 CBA 技術不同，PROFINET IO 是現代的，適用於市場，因此可以成為最常用的工業以太網網路之一。它基於過去已經證明過的 PROFIBUS-DP 模型。快速以太網技術用於實時傳輸 (RT)，可實現 IT 功能、參數和需求數據的傳輸。對於有經驗的用戶，PROFINET IO 提供了使用 PROFIBUS-DP 專有技術（例如 RD485 PRORFIBUS、RS232、PROFIBUS 從站、主從站、SPS）的能力。設備描述用於連接分散的現場設備。（製造商事先在 GSD 文件中描述了現場設備的屬性。）然後，信號被循環地饋送到 SPS。在 SPS 中處理後，輸出被發送到現場設備。然而，這裡沒有使用主從進程。提供者-消費者模型用於支援各個設備之間的數據交換。相比之下，提供者不需要發送數據的請求。參數化、診斷和警報是 Profinet IO 啟用的其他功能 – 除了循環有效載荷交換。

以下整理PROFINET 提供的傳輸選項：

TCP/IP：

沒有實時性
開放式通信（通過以太網-TCP/IP）

RT：

即時的
I/O 數據流量 -> 自動化技術

IRT：

等時實時
用於運動控制應用

PROFINET IO 和實時傳輸

PROFINET IO 技術首先提供了實時傳輸（RT = Real-Time）數據的優勢，透過以比 TCP/IP 數據更高的優先級處理 PROFINET IO 的實時數據而實現的。該優先級保證了數據交換，從而保證了低毫秒範圍內的總線循環時間。

PROFINET IO 和時鐘同步

除了實時傳輸，PROFINET IO 還允許時鐘同步數據交換（IRT = 等時實時）。IRT 數據交換中的確定性要求在總線週期開始時保持最高精度。這是與 RT 通信的主要區別。此外，PROFINET 的 IRT 通訊情況下的數據交換週期在幾百微秒到一毫秒之間。

因此，總線週期的開始偏差最大。在 IRT 通信的情況下為 1 µs。因此，IRT 通信非常適合運動控制應用，因為定位過程需要非常精確的總線循環啟動。

PROFINET 和成本優勢

PROFINET 被認為是自動化技術中最常用的基於以太網的解決方案之一，它將外圍設備連接到控制技術。隨著大量生產工業 PC 的開始，現場總線和以太網網路的使用越來越多。PROFINET 為自動化技術中的數據交換創建了通用標準。即使在開發之初，市場上也有太多不相容的以太網解決方案，因此需要一個標準。這是使用 PROFINET 創建的。今天與 PROFINET 的通訊可以通過銅波和光波以及現代無線連接（藍牙、W-LAN）的幫助來實現。這涵蓋了控制和安全解決方案領域的所有要求。