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 04
The Anal ysis of the Real T i m e Co mmun icati on
Protocol 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 t
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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。
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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
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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)。同一序列的所有帧具有相同的序列号。同步过程包含时延测量和子域内同步两个阶段。
同步过程的第一个阶段是测量相互通信双方(时延请求者与时延响应者)之间的时延,即时延测量阶段,其在同步过程中的主要任务是测量通信双方之间的时延。通常情况下,该时延由3部分组成,即请求者本地时延、应答者本地时延及帧传输时延。首先,时延请求者向时延响应者发送一个时延请求(时延帧),该帧的精确传输时间由时延请求者确定并记录。之后,时延响应者在收到的数据包上添加一个时间戳,并将接收时间通过一个时延响应(应答帧)回复给时延请求者,并通过发送一个跟随响应(跟随帧),将本地时延通报给时延请求者。在数据传输期间,线路上对称的时延对测量的准确性具有决定性意义。
子域内同步阶段,PTCP子网内的时间同步是通过在PTCP主端发送一个同步帧实现的。此过程会指定PTCP的主时钟值,以及发送者与接收者之间链路时延。PTCP从端将利用同步帧和跟随帧中信息,同步其本地时钟(PTCP从时钟)。在Pro fi n et中,将收到同步帧和跟随帧发送出去的网络节点称为透明时钟。透明时钟必须测量发送同步帧/跟随帧的内部校正时延,以及透明时钟与同步帧/跟随帧的发送器之间的线路时延,从而校正接收时间。此外,若传输设备向发送器或接收器添加时间戳时出现错误(抖动)或主时钟和从时钟的晶振频率之间偏差,均会在主时钟和从时钟之间产生偏差。因此,在完整地进行一次同步之后,可通过更新偏移量的测量值来确定此偏差,并通过调整从时钟进行校正。
5!结!语
Profinet是一种构成从I/O级至协调管理级的分布式自动化系统的体系结构,为确保其工业底层具有严苛时间要求的通信实时性,同时与标准以太网进行无缝连接,提出了用于工业自动化的RT协议和应用于严苛时间要求的I RT协议,以及用于实现设备组态及诊断等功能的基于TCP/I P的非实时通信协议。RT通信的软实时优化通过I E EE802.1Q/P协议进行优先级配置, I R T的硬实时优化由ASI C技术支持,以缩短软件处理时间,实现高性能过程数据的等时同步传输。因此,在构建Pro fi n et应用系统时,可根据实际控制要求及通信要求,灵活使用I R和I RT通信特性,充分利用网络资源,优化网络结构,满足工业现场实时通信要求。
#参考文献?
[1]!汤亚锋.西门子P ro fine t工业通信指南[M].北京:
人民邮电出版社,2007.
[2]!P ro fi bus Internationa.l P ro fi net I O Part5:A pp lica ti on
Layer Serv ice De fi nition[S].V ersi on1.0,2004. [3]!陈海东.P rofi net面向自动化未来的以太网现
场总线解决方案[J].现代制造,2004(12):34
361.
[4]!陈方良,方文,马思文,等.关于P rofi net以太网现
场总线的研究与应用[J].控制系统,2006(9):
37 39.
[5]!彭杰,李秀元,应启戛.P ro fi net及其同步通信分析
[J].微机算机信息,2006,22(9):188,208 209.
收稿日期:2008 03 29
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界面篇等我先搞完这个通信协议解析再说，要不我老觉得自己是在扯淡。在这里我也给自己这两天搞的协议解析找个网络存储做一下备份。 Gh0st通信协议解析（1） 正所谓蛇打七寸，今天我们对gh0st的通信协议进行一个完整的解析，看看gh0st这款远控的核心技术的来龙去脉。 ************************************************************************ ******* 从主控端初始化IOCP服务器开始讲起 [cpp]view plaincopyprint? 1.// 启动IOCP服务器 2.int nPort = m_IniFile.GetInt("Settings", "ListenPort"); 3.int nMaxConnection = m_IniFile.GetInt("Settings", "MaxConnection") ; 4.if (nPort == 0) 5. nPort = 80; 6.if (nMaxConnection == 0) 7. nMaxConnection = 10000; 8. 9.if (m_IniFile.GetInt("Settings", "MaxConnectionAuto")) 10. nMaxConnection = 8000; 11. 12.((CMainFrame*) m_pMainWnd)->Activate(nPort, nMaxConnection); IOCP服务器是在CGh0stApp::InitInstance这个函数中被调用的，实际上是调用了CMainFrame的一个成员函数：CMainFrame::Active。看看这个函数都做了哪些事情。 [cpp]view plaincopyprint? 1.void CMainFrame::Activate(UINT nPort, UINT nMaxConnections) 2.{ 3. CString str; 4. 5.if (m_iocpServer != NULL) 6. { 7. m_iocpServer->Shutdown(); 8.delete m_iocpServer; 9. 10. } 11. m_iocpServer = new CIOCPServer; 12. 13.// 开启IPCP服务器
一：串口 串口是串行接口的简称，分为同步传输（USRT）和异步传输（UART）。在同步通信中，发送端和接收端使用同一个时钟。在异步通信中，接受时钟和发送时钟是不同步的，即发送端和接收端都有自己独立的时钟和相同的速度约定。 1：RS232接口定义 2：异步串口的通信协议 作为UART的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。图一给出了其工作模式： 图一 其中各位的意义如下： 起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。
数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。 奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。 波特率：是衡量资料传送速率的指针。表示每秒钟传送的二进制位数。例如资料传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。 3：在嵌入式处理器中，通常都集成了串口，只需对相关寄存器进行设置，就可以使用啦。尽管不同的体系结构的处理器中，相关的寄存器可能不大一样，但是基于FIFO的uart框图还是差不多。
发送过程：把数据发送到fifo中，fifo把数据发送到移位寄存器，然后在时钟脉冲的作用下，往串口线上发送一位bit数据。 接受过程：接受移位寄存器接收到数据后，将数据放到fifo中，接受fifo事先设置好触发门限，当fifo中数据超过这个门限时，就触发一个中断，然后调用驱动中的中断服务函数，把数据写到flip_buf 中。 二：SPI SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
工业以太网通信协议研究及应用 发表时间：2018-04-24T14:54:01.377Z 来源：《防护工程》2017年第36期作者：林立胜 [导读] Modbus/TCP是用于控制和管理自动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。 南京富岛软件公司 210032 摘要：在绝大多数工业控制通信方面都是采用现场总线技术方式来实现的。但长期以来现场总线种类繁多、同时又没有统一标准而导致互不兼容，使得系统集成和信息集成面临着巨大挑战，所以引入了应用广泛、高速率、低成本的以太网技术。但以太网的可靠性和实时性比较差，难以适应工业控制的要求，故相关组织对以太网进行了一些扩展，称为工业以太网。随着工业4.0的发展，相信工业以太网技术将越来越重要。本文就常见工业以太网通信协议简介及应用作出阐述。 关键词：现场总线技术、工业以太网、EtherCat、Ethernet/IP、ProfiNet、Modbus/TCP、Ethernet/PowerLink、MechatroLink 1常见工业以太网通信协议 1.1、Modbus/TCP Modbus/TCP是用于控制和管理自动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。 由此可见，它覆盖了使用TCP/IP协议的Intranet企业内部网和Internet互联网环境中Modbus报文的用途。 该协议的最常见用途是为例如I/O、PLC模块以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。 Modbus/TCP协议是作为一种实际的自动化标准发行的。既然Modbus已经广为人知，该规范只将别处没有收录的少量信息列入其中。 然而该规范力图阐明Modbus中哪种功能对于普通自动化设备的互用性有价值，哪些部分是Modbus作为可编程的协议交替用于PLC的多余部分。 Modbus/TCP 在美国比较流行，它由两部分组成，即IDA分散式控制系统的结构与Modbus/TCP 的信息结构的结合。Modbus/TCP定义了一个简单的开放式又广泛应用的传输协议网络用于主从通讯方式。 1.2.、Ethernet/IP Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议，这里的IP表示Industrial-Protocal。 它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议。Ethernet/IP是在应用层提高了以太网的实时性。 1.3、EnterCat EtherCat以太网控制自动化技术是一个以Ethernet以太网为基础的开放架构的现场总线系统。 EtherCat名称中的Cat为Control Automation Technology控制自动化技术首字母的缩写，最初由德国倍福自动化有限公司BeckhoffAutomationGmbH研发。 EtherCat为拓扑的灵活性和系统的实时性能树立了新的标准，同时它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括可选线缆冗余、功能性安全协议(SIL3)和高精度设备同步。 EtherCat通过协议内部的优先权机制可区别传输数据的优先权(Process Data)，组态数据或参数的传输是在一个确定的时间段中通过一个专用的服务通道进行(Acyclic Data)，EtherCat操作系统的以太网功能与传输的IP协议兼容。 EtherCat设备分从站和主站，从站一般是伺服驱动器、IO模块、板卡、网关等等，主站通常是运动控制器等。 1.4、Ethernet/PowerLink 鉴于以太网的蓬勃发展和CanOpen在自动化领域的广阔应用基础，Ethernet/PowerLink融合了这两项技术的优缺点，既拥有Ethernet 的开放性、高速接口，又参考了CanOpen在工业领域良好的PDO和SDO数据定义； 在某种意义上说Ethernet/PowerLink就是Ethernet上的CanOpen，在物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的PDO和SDO对象字典的结构。 Ethernet/PowerLink主攻方面是同步驱动和特殊设备的驱动要求。 1.5、MechatroLink MechatroLink是一个用在工业自动化的开放式通讯协定，最早由安川电机开发，现在则由MechatroLink协会Mechatrolink Members Association维护。 MechatroLink协议分为两种： MechatroLink-III，定义传送接口为以太网的通讯协定架构，速度最快为100Mbit/s，允许最多62个从站。 MechatroLink-II，定义传送接口为RS-485的通讯协定架构，速度最快为10Mbit/s，允许最多30个从站； MechatroLink的目标领域主要是以运动控制为中心的现场网络，可连接的设备包括CNC、PLC、PC卡、运动控制器、变频器、外围图像处理设备、伺服驱动器、外围IO设备等。 MechatroLink协会的主要成员基本上都是日本的自动控制厂商，包括欧姆龙、横河电机、安川电机等。 1.6、ProfiNet ProfiNet由西门子主导的Profibus国际组织ProfiBus International-PI推出，是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，涵括了例如运动控制、实时以太网、网络安全、分布式自动化以及故障安全等当前自动化领域的热点话题； 作为跨供应商的技术，ProfiNet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，依次为运动控制、分布式自动化、网络安装、实时通信、IT 标准和信息安全、故障安全、过程自动化和分布式现场设备。
profinet和工业以太网区别 什么是Profinet 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。 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 技术定义了三种类型： PROFINET 1.0 基于组件的系统主要用于控制器与控制器通讯 PROFINET-SRT 软实时系统用于控制器与I/O 设备通讯 PROFINET-IRT 硬实时系统用于运动控制 什么是工业以太网 工业以太网是基于IEEE 802.3 （Ethernet）的强大的区域和单元网络。工业以太网，提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。企业内部互联网（Intranet），外部互联网（Extranet），以及国际互联网（Internet）提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网（Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的标准）也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。 工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但是实际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要。故在工业现场控制应用的是与商用以太网不同的工业以太网。
以太网技术在工业控制领域的应用及意义 随着计算机和网络技术的飞速发展，在企业网络不同层次间传送的数据信息己变得越来越复杂，工业网络在开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。现场总线技术适应了工业网络的发展趋势，用数字通信代替传统的模拟信号传输，大量地减少了仪表之间的连接电缆、接线端口等，降低了系统的硬件成本，被誉为自动化领域的计算机局域网。 现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高、速度低和支持应用有限等缺陷，以及总线通信协议的多样性使得不同总线产品不能直接互连、互用和互可操作等，无法达到全开放的要求，因此现场总线在工业网络中的进一步发展受到了限制。 随着Internet技术的不断发展，以太网己成为事实上的工业标准，TCP/IP 的简单实用已为广大用户所接受，基于TCP/IP协议的以太网可以满足工业网络各个层次的需求。目前不仅在办公自动化领域，而且在各个企业的上层网络也都广泛使用以太网技术。由于它技术成熟，连接电缆和接口设备价格较低，带宽也在飞速增加，特别是快速Ethernet与交换式Ethernet的出现，使人们转向希望以物美价廉的以太网设备取代工业网络中相对昂贵的专用总线设备。 Ethernet通信机制 Ethernet是IEEE802. 3所支持的局域网标准，最早由Xerox开发，后经数字仪器公司、Intel公司和Xerox联合扩展，成为Ethernet标准。Ethernet采用星形或总线形结构，传输速率为10Mb/s，100 Mb/s，1000 Mb/s或是更高，传输介质可采用双绞线、光纤、同轴电缆等，网络机制从早期的共享式发展到目前盛行的交换式，工作方式从单工发展到全双工。 在OSI/ISO 7层协议中，Ethernet本身只定义了物理层和数据链路层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。自从APARNET将TCP/IP和Ethernet捆绑在一起之后，Ethernet便采用TCP/IP作为其高层协议，TCP用来保证传输的可靠性，IP则用来确定信息传递路线。 Ethernet的介质访问控制层协议采用CSMA/CD，其工作原理如下：某节点要
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 04 The Anal ysis of the Real T i m e Co mmun icati on Protocol 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 t 30
解答: 1. OSI标准中，采用的是三级抽象：体系结构，服务定义，协议说明。 2. TCP/IP协议族中，使用了三个不同层次的地址，主机网络层或网络接口层使用了：物理地址（MAC地址）。 3. TCP/IP协议族中，使用了三个不同层次的地址，传输层使用了：端口地址。 4. TCP/IP协议族中，使用了三个不同层次的地址，网络层使用了：逻辑地址（IP地址）。 5. 根据所提供的服务方式的不同，端口又可分为TCP协议端口和UDP协议端口两种。 6. 从端口的性质来分，通常可以分为以下三类，注册端口（Registered Ports）松散地绑 定于一些服务。 7. 从端口的性质来分，通常可以分为三类，FTP和HTTP服务需要使用：公认端口（Well Kno wn Ports）类型。 8. 从端口的性质来分，通常可以分为三类，动态或私有端口（Dynamic and/or Private Po rts）容易被黑客和木马程序利用。 9. 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点。 10. CCITT与ISO的工作领域是不同的：CCITT 主要是考虑通信标准的制定。 11. CCITT与ISO的工作领域是不同的：ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。 12. OSI参考模型和TCP/IP参考模型只是描述了一些概念，用来协调进程间通信标准的制定。 13. 通信服务可以分为两大类：面向连接服务（connect-oriented service）和无连接服 务（connectless service）。 14. 网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证。 15. 通信协议包括：面向连接与确认服务；面向连接与不确认服务；无连接与确认服务；无连接与不确认服务四种类型。 16. IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。 17. 17. INTERNET使用了不同类型的地址概念，应用层使用了域名（DNS）、电子邮件址、URL等地址。 18. 网络协议是由程序和进程来完成的。 19. B类IP地址中的一个私有网络地址，如果需要50个子网，网络掩码应该为(点十进制表示)：255.255.252.0 。
工业以太网的特色技术及其应用选择 发布时间：2007-05-15 浏览次数：105 | 我要说几句 | ?? 用户解决方案2012优秀论文合订本 ?? NIDays2012产品演示资料套件 ?? 《提高测量精度的七大技巧》资源包 ?? LabVIEW 2012评估版软件 关键词：工业以太网实时特色技术 编者按：工业以太网成为自动化领域业界的技术热点已有时日，其技术本身尚在发展之中，还没有走向成熟，还存在许多有待解决的问题。究竟什么是工业以太网，它有哪些特色技术，如何应用与选择适合自己需求的工业以太网技术与产品，依然是今天人们所关心的问题。 一什么是工业以太网 工业以太网技术，是以太网或者说是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物。前者源于后者又不同于后者。以太网技术原本不是为工业应用环境准备的。经过对工业应用环境适应性的改造，通信实时性改进，并添加了一些控制应用功能后，形成了工业以太网的技术主体。因此，工业以太网是一系列技术的综称。 二工业以太网涉及企业网络的各个层次
企业网络系统按其功能划分，一般称为以下三个层次：企业资源规划层(Enterprise Resource Plan NI ng, ERP)、制造执行层(Manufacturing Excurtion System, MES)和现场控制层(Field Control System，FCS)。通过各层之间的网络连接与信息交换，构成完整的企业信息系统。( 见图1) 图中的ERP与MES功能层属于采用以太网技术构成信息网络。这个层次的工业以太网，其核心技术依然是信息网络中原本的以太网以及互联网系列技术。工业以太网在该层次的特色技术是对其实行的工业环境适应性改造。而现场控制层FCS中，基于普通以太网技术的控制网络、实时以太网则属于该层次中工业以太网的特色技术范畴。可以把工业以太网在该层的特色技术看作是一种现场总线技术。除了工业环境适应性改造的内容之外，通信实时性、时间发布与同步、控制应用的功能与规范，则成为工业以太网在该层次的技术核心。
河南机电高等专科学校 《汽车单片机与局域网技术》 大作业 专业班级：汽电112 姓名：史帅峰 学号：111606240 成绩： 指导老师：袁霞 2013年4月16日 汽车总线系统通信协议分析与比较 摘要：本文主要针对汽车总线系统通讯协议，探讨汽车总线通讯协议的种类、发展趋势以及技术特点。在对诸多组织和汽车制造商研发的各类汽车总线进行比较和探讨的基础上，对其现状进行了分析；并综合汽车工业的特点对这两大类汽车总线协议的发展前景作了分析。关键词：汽车总线技术通讯协议车载网络 引言：汽车电子技术是汽车技术和电子技术结合发展的产物。从20世纪60年代开始，随着电子技术的飞速发展，汽车的电子化已经成为公认的汽车技术发展方向。在汽车的发展过程中，为了提高汽车的性能而增加汽车电器，电器的增加导致线缆的增加，而线束的增加又使整车质量增加、布线更加复杂、可维护性变差，从而又影响了汽车经济性能的提高。因此，一种新的技术就被研发出来，那就是汽车总线技术。总线技术在汽车中的成功应用，标志着汽车电子逐步迈向网络化。 一、车载网络的发展历程 20世纪80年代初，各大汽车公司开始研制使用汽车内部信息交互的通信方式。博世公司与英特尔公司推出的CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性，因而得到了业界的广泛认同，并在1993年正式成为国际标准和行业标准。TTCAN对CAN协议进行了扩展，提供时间触发机制以提高通讯实时性。TTCAN的研究始于2000年，现已成为CAN标准的第4部分ISO11898-4，该标准目前处于CD(委员会草案)阶段。 1994年美国汽车工业协会提出了1850通信协议规范。从1998年开始，由宝马、奥迪等七家公司和IC公司共同开发能满足车身电子要求的低成本串行总线技术，该技术在2000年2月2日完成开发，它就是LIN。 FlexRay联盟推进了FlexRay的标准化，使之成为新一代汽车内部网络通信协议。FlexRay车载网络标准已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果。 车载网络的分类及其网络协议 从20世纪80年代以来不断有新的网络产生，为了方便研究和应用，美国汽车工业协会（SAE）的车辆委员会将汽车数据传输网络划分为A、B、C三类。 A类网络 A类网络是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输速度通常小于10kb/s，主要用于后视镜调整、电动车窗、灯光照明等控制。 A类网络大都采用通用异步收发器（UART，Universal Asynchronous Receiver/Trsmitter）标准，使用起来既简单又经济。但随着技术水平的发展，将会逐步被其他标准所代替。 A类网络目前首选的标准是LIN总线，是一种基于UART数据格式、主从结构的单线12V总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。
工业以太网--接口定义 (方垒2005.1.4) 目的： 为了节约时间，将工业以太网协议开发与应用开发并行进行，我们通过“接口定义讨论稿”――>“讨论”――>“接口定义”正式版的方式来预先定义“应用开发”使用“工业以太网协议”的方式。该接口定义直接关系到应用开发和协议开发双方后期工作是否能顺利进行，所以请相关人员务必重视，详细考虑以下接口，最终确定的接口应该是：即能够满足应用开发需求，对于协议开发方又是简洁可实现的。 接口定义： 支持基于报文的节点间任意点对点通讯以及广播通讯方式，每个数据包必须在以太网物理帧的限定之内，即1500字节： 物理帧：6 ＋ 6 ＋2 ＋[46－1500] ＋4CRC 字节 对应：目的地址＋源地址＋类型＋数据区＋32bit校验和 提供C语言编写的接收、发送API接口，该接口是： ◆非面向连接的 ◆非阻塞的 ◆支持类似UDP的“端口”的概念。且多个进程可同时操作工业以太网接口。 接口原形如下： #ifndef IEAPI_H #define IEAPI_H /*应用层使用的消息包头， 与HS2000CAS、MACSx消息结构兼容， 例如：10号站的B机端口20要从系统网发送1000字节长的消息给1号站A、B两机端口21，则消息格式如下： int Length ＝1000。 BYTE Type ＝4; BYTE Protocol ＝xx; BYTE SID ＝10; BYTE SIDEXT ＝00000010B; BYTE DID ＝1;
BYTE DIDEXT ＝00000011B(即3); BYTE Reserved[4] ＝{0,0,0,0}; BYTE srcPort = 20; BYTE dstPort =21; */ #define TYPE_CMD 0/*工业以太网协议控制通道*/ #define TYPE_RNET 3/*备份网*/ #define TYPE_SNET 4/*系统网*/ #define INDEX_SNETA 0/*系统网A*/ #define INDEX_SNETB 1/*系统网B*/ #define INDEX_RNET 2/*备份网*/ typedef struct s_MsgHead{ unsigned long Length; /*纯数据的长度，注意，不包括该头的长度16字节，只是后面数据部分的长度。*/ unsigned char Type; /*消息类型，3：备份网，4：系统网*/ unsigned char Protocol;/*协议号*/ unsigned char SID;/*源节站号，*/ unsigned char SIDEXT;/*源节子站号，*/ unsigned char DID;/*目的站号，比如：10号站A或B机，都填10，注意：DID = 0表示广播，网上所有节点都接收该报文*/ unsigned char DIDEXT;/*目的子站号，比如：10号站A机，则填00000001B，B机则填00000010B，AB机则填00000011B*/ unsigned char Reserved[4];/*保留*/ unsigned char srcPort;//源端口 unsigned char dstPort;//目的端口 }MsgHead; /*应用层消息结构*/ typedef struct s_Msg{ MsgHead Head;/*应用层使用的消息包头，与HS2000CAS、MACSx消息结构兼容*/ unsigned char Data[1514-14-8-sizeof(MsgHead)=1476];/*应用层使用的消息数据区*/ }Msg; /* 功能描述：初始化工业以太网协议，并设置本机节点号， 输入说明：nodeID定义，共8bit，最高bit：0表示A机、1表示B机，低位的6bits：站号， 例如： 10号站A机，则：nodeID＝00001010B ＝0 ＋10 ＝10 10号站B机，则：nodeID＝10001010B ＝128 ＋10 ＝138 输出说明：返回true：设置成功，false：设置失败 */
工业以太网技术全面解析 高性能、工厂设备和IT系统集成，以及工业物联网的需求驱动促进了工业以太网的增长。在实时工业以太网中，EPA、EtherCAT、RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争者。下面对它们进行简单比较。Ethernet/IP Ethernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODV A( Open DevicenetVendors Association共同开发的工业以太网标准。 实现实时性的方法 Ethernet/IP实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加了用于实时数据交换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。 Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术，在网络层和传输层使用IP协议和TCP、UDP协议来传输数据。UDP是一种非面向连接的协议，它能够工作在单播和多播的方式，只提供设备间发送数据报的能力。对于实时性很高的I/O数据、运动控制数据和功能行安全数据，使用UDP/IP协议来发送。而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来发送。Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。生产者向网络中发送有唯一标识符的数据包。消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。这样数据源只需一次性地把数据传到网上，其它节点有选择地接收数据，这样提高了通信的效率。 Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。CIP是一个提供工业设备端到端的面向对象的协议，且独立于物理层及数据链路层，这使得不同供应商提供的设备能够很好的交互。另外，为了获得更好的时钟同步性能，2003年ODV A将 IEEE 15888引入Ethernet/IP，并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。 EPA EPA是在“863”计划的支持下，由浙江大学、清华大学、浙江中控技术公司、大连理工大学、中科院自动化所等单位联合制定，是用于工业测量和控制系统的实时以太网标准。
各种工业以太网的区别其实就是协议的区别，其中最主要的还是应用层协议的区别。 都是以太网通讯，只是每个公司的叫法不一样，西门子用PROFINET、AB用Ethernet IP、施耐德的MODBUS TCP/IP。取个例子，以太网就像高速公路，Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP/IP分别像高速公路上的宝马、奔驰、奥迪车，都可以从一个城市把物品运送到另一城市。但是每个车上安装的零件无法和另一车上的零件进行更换。EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EterCAT名称中的CAT 为ControlAutomation Technology（控制自动化技术）首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议。它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议西蒙公司开发 Ethernt/IP属于ODVA组织，Rockwell只是其中一个推广力度比较大的公司而已。施耐德也是ODVA组织的成员，施耐德所有PLC都可以支持Ethernt/IP协议。Ethernt/IP协议是十大总线之一，和Controlnet、Devicenet一起称为CIP总线。可以实现协议间路由，但是需要Rslinx软件进行配置。通讯时需要设置RPI参数，没有任何客户端的反馈信息，因此不管现场客户端是否收到数据，数据一致由服务器不断的发，缺少相应的检测。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。 MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品。显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS 报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。 MODBUS/TCP协议是作为一种（实际的）自动化标准发行的。既然MODBUS已经广为人知，该规范只将别处没有收录的少量信息列入其中。然而，本规范力图阐明MODBUS中哪种功能对于普通自动化设备的互用性有价值，哪些部分是MODBUS作为可编程的协议交替用于PLC’s的“多余部分”。 它通过将配套报文类型“一致性等级”，区别那些普遍适用的和可选的，特别是那些适用于特殊设备如PLC’s 的报文。 Modbus TCP/IP由Modbus IDA组织提出，有施耐德旗下的Modicon公司主推，在目前施耐德所有PLC产品中都支持，同时也支持Ethernet/IP协议，Modbus TCP/IP是免费的、全开放协议，可以用VB等高级编程语言调用winsock控件即可实现与PLC的数据通讯，因此，很多产品都支持该协议。同时利用该协议进行通讯时，可以得到客户端的数据校验返回，因此可靠性和安全性较高，当然牺牲了数据量。 POWERLINK=CANopen+Ethernet 鉴于以太网的蓬勃发展和CANopen在自动化领域里的广阔应用基础，EthernetPOWERLINK 融合了这两项技术的优点和缺点，即拥有了Ethernet的高速、开放性接口，以及CANopen在工业领域良好的SDO 和PDO 数据定义，在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet 上的CANopen，物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的SDO和PDO对象字典的结构 虽然这些工业以太网都是国际标准，但是指的是IEC 61784里的标准，但是这些工业以太网不都是标准的以太网。即这些工业以太网并不都是符合IEEE802.3U的标准，这当中只有Modbus-TCP和EtherNet/IP是符合IEEE802.3U 的，只有符合IEEE802.3U标准的，才能与IT和以太网将来的发展相兼容。而不符合IEEE802.3U标准的，基本上可以讲不是以太网，它们都对以太网进行了修改，或者是硬件或者是软件，已经不是以太网了。 a. Modbus TCP和EtherNet/IP的区别主要是应用层不相同，ModbusTCP的应用层采用Modbus协议，而EtherNet/IP采用CIP协议，这两种工业以太网的数据链路层采用的是CSMA/CD，因此是标准的以太网，另外，这两种工业以太网的网络层和传输层采用TCP/IP协议族。还有一个区别是，Modbus协议中迄今没有协议来完成功能安全、高精度同步和运功控制等，而EtherNet/IP有CIPSafety、CIP Sync和CIP Motion来完成上述功能， ------来源网络，仅供参考
目录 第一章IC卡通信过程整体归纳 (1) 第二章IC卡的电气特性 (3) 1．IC卡的触点分配 (3) 2．IC卡的电气特性 (3) 2.1 VCC (3) 2.2 I/O (3) 2.3 CLK (3) 2.4 RST (3) 2.2 VPP (3) 第三章IC卡的操作过程 (4) 1、IC卡操作的一般过程 (4) 2、卡激活 (4) 3、冷复位 (4) 4、热复位 (5) 5、时钟停止 (6) 6、去激活 (6) 第四章复位应答 (8) 1、异步字符 (8) 1.1 字符结构 (8) 1.2 错误信号和字符副本 (8) 2、复位应答 (9) 2.1 复位应答的序列配置 (9) 2.2 复位应答的结构和内容 (11) 第五章协议和参数选择 (14) 1.PPS协议 (14) 2.PPS请求的结构和内容 (14) 3．成功的PPS交换 (14) 第六章异步半双工字符传输协议 (16) 1、命令的结构和处理 (16) 2、过程字节 (16) 3、NULL字节 (16) 4、确认字节 (16) 5、状态字节 (17) 第七章异步半双工块传输 (18) 1.数据块块帧结构 (18) 2.起始域 (18) 3.信息域 (18) 4.终止域 (19) 5.信息域尺寸 (19) 6.等待时间 (19) 7.数据链路层字符成分 (20) 8.数据链路层块成分 (20) 9.链接 (20)
第一章IC卡通信过程整体归纳 根据协议，IC卡的操作信息交互流程大概为（见图1）： （1）接口设备能够控制IC卡各IO引脚使其激活。 （2）接口设备给卡发送复位信号使卡复位启动。 （3）卡要向接口设备发送复位应答信号，将通信中必要的相关信息告知接口设备。（4）接口设备对卡进行一次热复位，卡进行复位应答。 （5）接口设备发起一个PPS交互指令，选择要与卡通信的协议和相关参数。 （6）根据选择的协议（T=0或T=1）进行数据的通信。
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