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。

RT，实时实时(RT) 通过划分通讯合作伙伴通讯堆栈的优先级并优化传输对时间要求严格的过程数据，以允许使用标准网络组件的高性能数据传输，典型的更新循环时间为1 ms 至10 ms。

实时意味着系统在定义的某个时间内处理外部事件。

确定性意味着系统以可以预测的方式做出响应。

对于工业网络，这两方面的要求都非常重要。

PROFINET 利用传输特征满足这类要求：时间关键型数据在确定的时间间隔内传输。

为此，PROFINET 为实时通信提供经过优化设计的通信信道。

可以准确地预测数据传输的发生时间。

这保证了在同一网络中也可利用其它标准协议顺利地进行通信。

IRT，同步实时同步实时(IRT) 提供同步执行循环，以确保通过始终等距的时间间隔传输信息。

IRT 实现同步数据传输，更新循环非常短（从500 微秒到 1 毫秒），抖动非常小。

由于通道分为标准通讯和RT 通讯的标准通道以及IRT 通讯的IRT 通道，所以，过程数据不会受到网络上其它流量的影响。

在支持IRT 的PROFINET 中，通信周期按时间顺序分成多个信道。

第一个信道用于等时实时通信(IRT)；后续信道用于实时通信(RT) 和标准TCP/IP 通信。

据此，两种数据传输方式可以同时存在，且不会互相干扰。

通过在ERTEC-ASIC（增强型实时以太网控制器）中实现这种传输方法，实现了31.25µs，（PN 版本V3.0) 的循环时间和优于1 µs 的抖动精度。

IRT 的应用IRT 用于对响应时间具备严格要求的，且不得违反该要求的应用领域。

例如，运动控制型应用。

这类应用要求响应时间和更新时间不超过数毫秒。

IRT 通信/实时和TCP/IP 通信除了利用更新时间内保留的带宽进行的IRT 通信外，在该更新时间内，还可以进RT通信和TCP/IP 通信。

在RT 通信期间，IO 控制器和IO 设备之间传输循环数据，但是，这种传输没有实现“最佳同步的可能性”。

异步IO 设备利用RT 通信自动地交换数据。

实时通讯的实现1：简化协议•OSI模型第3 层/第4 层不包含实时数据交换所需的任何功能，因此在传输实时数据时不需要。

•简化协议后，无法再路由RT 数据。

•在第1 层/第 2 层上，符合IEEE802.3 标准的以太网帧，仍是标准以太网！实时通讯的实现2：提高数据桢优先级实时通讯的实现3：带宽预留通讯系统分区⏹实时传输和标准传输的时隙（时域）相互独立⏹高度精确的循环同步和控制循环基于优化的交换机ASIC (ERTEC)的等时实时(IRT)任务二 PROFINET IO通讯【学习目标】1、熟悉了解PROFINET IO设备的组成部分。

2、熟练掌握组态PROFINET IO的相关设置与操作。

【相关知识】PROFINET是PROFIBUS用户组织的开发标准，它定义了一个通讯架构。

其中PROFINET IO表示控制器可以和分散的现场设备之间实现通信，例如分布式I0或驱动器等。

PROFINET IO现场总线集成一、PROFINET IO设备PROFINET IO设备分为3类：PROFINET IO控制器、PROFINET IO设备、PROFINET IO监控器。

其中，IO控制器和IO设备进行周期性的IO过程数据的交换，并且可以进行参数读取和分配，当IO设备出现故障时，发送报警信息给IO控制器。

IO监控器可以对IO设备进行组态，诊断以及状态的读取和控制。

从 PROFIBUS DP到 PROFINET IO术语的变化：由于以太网网络上的全部节点都有相同的权限，PROFIBUS DP 中使用的主站/从站规程被转换成生产者/消费者模型。

PROFIBUS 上的分布式现场设备 (DP 从站) PROFINET 中被称之为 IO 设备。

.PROFIBUS 上的DP 主站 (1 类 DP 主站)在 PROFINET 中称之为 IO 控制器。

PROFIBUS 中的组态设计和诊断站(1类主站)成为 PROFINET 中的 IO 监视器。

IO控制器（CPU）IO设备（分布式IO）分布式IO通过带有集成2个端口的交换机，可以连接到工业以太网中，可以构建线型拓扑。

ET200S，带有 IM151-3 PN 标准型或高性能型接口•接口模块，用于将 ET 200S 链接至 PROFINET•借助 PROFINET I/O 控制器，可以处理完整的数据交换功能• 2 种型号：IM151-3 PN STANDARD与IM151-3 PN HIGH FEATURE;•与 STANDARD 型不同的是，支持 PROFIsafe F 模块的使用•带集成式 2 端口交换机（用于线形拓扑）ET200S 接口模块• 用于将 ET 200S 连接至 PROFINET 的接口模块• 与 PROFINET IO 控制器进行所有的数据交换• 3 种型号－ IM151-3 PN 标准型－ IM151-3 PN 高性能型－ IM151-3 PN FO• 集成双端口交换机，用于总线形拓扑结构二、组态一个 PN IO 系统实现与分布式IO的通讯，需要3个步骤：a在设备组态中，添加子网与IO设备。

b分配设备名，定义IP地址。

c下载组态到控制器中。

（一）、设备组态添加一个子网打开“TIA Portal”软件的“项目视图”，进入“设备组态”的“设备视图”，双击击CPU的“PROFINET 接口”，在“以太网地址”中点击“添加新子网”。

切换到“网络视图”，可以发新的子网已经添加成功。

添加一个I0设备的接口模块选择子网“PN/IE_1”，在右边的“硬件目录”，找到“分布式IO”，选择“ET200S”，点击“接口模块”，选择“PROFINET”，最后在下面硬件列表中，双击与实际硬件一致的接口模块。

这样，在“网络视图”中，IO设备的模块已添加。

添加IO设备子槽模块双击“网络视图”中的IO设备图标，切换到IO设备的“设备视图”。

在这里，只有0号槽的“IM151-3PN”接口模块。

根据事件的硬件，添加后面子槽的模块。

模块的类型可以在右边“硬件目录”选择。

分配IO控制器切换回“网络视图”，点击“IO device”中“未分配”的图标，选择对应的“IO 控制器”。

IO地址分配切换回IO设备的“设备视图”，双击对应的IO模块，打开“I/O地址”，用户自定义IO 地址。

（二）、设备名分配与PROFIBUS的地址相似，PROFINET设备通过设备名（device name）来表示设备地址。

在Step 7设备组态时，Step 7会自动分配离线设备的设备名和IP地址。

也可以根据需要修改设备名和IP地址。

通过Step 7软件的设备组态，将离线的设备名分配到实际对应设备的MAC地址。

分配完毕后，编译下载程序到PLC中，PLC启动后，Step 7组态的IP地址会根据分布式IO的设备名，分配给各个IO设备。

设备名存储在IO设备的接口模块的存储介质中，例如MMC卡，当设备损坏被替换时，只需要把MMC插入到新的设备中，而无须重新组态。

C-Plug卡常用在SCALANCE交换机或者CP卡中。

“设备视图”，双击“IM151-3PN”模块，打开属性窗口。

打开“以太网地址”栏，设置IO模块离线的IP地址与设备名。

“网络视图”，选择“子网”网线，点击“分配设备名”图标，打开“分配设备名”窗口。

分配PROFINET设备名称打开“分配PROFINET设备名称”窗口，在“PROFINET设备名称”中选择需要分配设备的离线设备名称，并正确设置“PG/PC接口”。

点击“更新列表”，可以在线找到网络中已连接上的设备。

为了精准快速找到目标设备，可以通过选择列表中的设备再点击“闪烁LED”，观察实际设备的LAN网口LED灯是否跟着闪烁。

最后，点击“分配名称”，此时离线的设备名将分配到实际硬件上。

IO设备名分配完成后，保存编译下载设备组态，IO 控制器根据设备名称识别出 IO 设备，再自动地将已组态 IP 地址分配给该 IO 设备。

三、练习（一）、打开TIA Portal软件完成设备组态：结合实训设备，添加一个子网与IO设备，完成设备名分配，下载后没有任何设备故障。

（二）、测试一下IO设备在没有分配设备名或离线与在线设备名不一致的时候，下载设备组态会出现什么状态。