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产品的生命周期越来越短，自动化领域的发展日新月异。当今自动化技术的发展正日益受到信息技术（IT）以及已确立的标准（例如：TCP/IP和XML）的重大影响。在这种形势下，近年来现场总线技术也不断在飞速发展，并发生着重大的革新。来自用户越来越多的需求，例如：项目的投资保护；工艺技术模块化；节约工程设计和投运的成本等等，在这种形式下，Profibus国际组织便提出了一个基于以太网的新的自动化标准 —— PROFINET。
PROFINET是一个整体的解决方案，它使用TCP/IP 和IT 标准，符合基于工业以太网的实时自动化体系，覆盖了自动化技术的所有要求；能够实现与现场总线的无缝集成。更重要的是PROFINET所有的事情都在一条电缆中完成，IT 服务和TCP/IP 开放性没有任何限制；它可以满足.用于所有客户需要的统一的通信；从高性能到等时同步可以伸缩的实时通信。现在已经成为现场总线国际标准IEC-61158的第10类型。
PROFINET用于实现基于工业以太网的集成、一致的自动化解决方案。支持用以太网通信的简单分散式现场设备和苛求时间的应用的集成，以及基于组件的分布式自动化系统的集成。为完成这一面向各种控制对象的需求，PROFINET在通信方式上根据通信目的不同而采用3种不同的性能等级：
? 通过TCP/UDP /IP 在标准通道上发送非苛求时间的数据，例如：参数、组态数据和互连信息。这满足自动化层与其它网络（MES，ERP）的连接需求。
PROFINET 使用以太网和TCP/UDP/IP 协议作为通信基础。TCP/UDP/IP 是IT 领域在通信协议方面的事实上的标准。TCP/UDP/IP 提供了使以太网设备能够通过本地和分布式网络的透明通道中进行数据交换的基础。
? 对于生产装备内苛求时间的过程数据的传输，它采用实时通道（RT：Realtime）。作为基于可用控制器的软件来实现的。
在工厂自动化领域，实时应用需要刷新/响应时间范围在5—10ms 内。 经验指出，与设备中的处理时间相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太网线路上的传输时间是可以忽略不计的。在提供者的应用中可提供数据的时间是不受通信影响的。这就是说，在刷新时间以及实时响应中任何重大的改进主要可通过发布者和使用者通信栈的优化来达成。PROFINET 中的实时通信通道就为了能满足自动化中的实时要求，此通道基于以太网（层2）。此解决方案显著地减少了通信栈所占用的运行时间，从而提高了过程数据刷新速率方面的性能。PROFINET使用快速以太网，快速以太网中已集成全双工模式切换技术，并已进行了标准化。通过优先级优化数据传输在PROFINET中，不仅最小化了控制器中的通信栈，而且也对网络中数据的传输进行了优化。为了能在这些情况下达到一种最佳结果，在PROFINET中按照IEEE 802.1Q将这些数据包区分优先级。设备之间的数据流则由网络组件依据此优先级进行处理。优先级6（Priority 6）是用于实时数据的标准优先级，由此也就确保了对其它应用的优先级处理。
? 对于同步应用，PROFINET采用等时同步实时通信（IRT：Isochronous Realtime），它允许在时钟速率为1ms时，抖动精度为1μs。
实时通道RT解决方案对于运动控制应用还远远不够。运动控制应用要求刷新速率在1ms，100 节点的连续循环的抖动精度为1μm。为了满足这些需求，PROFINET 在快速以太网的层2 协议上已定义了时间间隔控制的传输方法IRT。通过具备上述精度的参与设备（网络组件和PROFINET 设备）的时间同步化，可在网络中规定时间片，在此时间间隔内传输自动化任务所必需的关键数据。通信循环被分成两个部分，即：时间确定性部分和开放性部分。循环的实时报文在时间确定性通道中传输，而TCP/IP 报文则在开放性通道中传输。这种处理方法可与高速公路媲美，最左边的车道总是为时间要求最紧迫的车辆（实时通信）而保留的，由此防止其它车道上的用户（TCP/IP 通信）占用此车道。甚至在右边车道交通拥塞的情况下也绝不能影响时间要求紧迫的车辆的交通。等时同步数据传输的实现基于硬件。基于硬件的实现能够获得所要求的异常重要的顺序精度要求，同时也解放了承担PROFINET 设备通信任务的处理器。这就免除了烦琐的计算，从而可为自动化任务提供解决方案。
这3 种性能等级的PROFINET通信覆盖了自动化应用的全部范围。PROFINET 通信标准的特性包括以下方面：
? 在一根通信线路上同时使用实时通信和基于TCP 的IT 通信。
? 标准化的实时协议适用于所有应用、分布式系统中组件之间的通信以及控制器与分散式现场设备之间的通信。
? 从一般性能到高性能和时间同步的可缩放的实时通信。
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在实现分布式过程采用基于组件的自动化概念（CBA）：
PROFINET组件模型对于具备可编程功能的智能现场设备和自动化设备来说非常理想。组件模型将机器或装备的自治模块描述为工艺技术模块。基于工艺技术模块而开发的分布式自动化系统简化了装备和机器的模块化设计，从而显著地简化了装备和机器零部件的重复使用。因此大量地减少了工程设计成本。基于组件模型的PROFINET 通过PCD（PROFINET Component Description）来描述。它是一个XML文件，并可以使用制造商特定的组态工具的组件生成器或PROFINET 组件编辑器来创建。分布式自动化装备的工程设计分为：各个工艺技术模块的控制逻辑的编程（制造商特定的组态工具）和整个装备的工艺技术组态，后者决定这些工艺技术模块之间的通信关系。
? 分散式现场设备（PROFINET IO）
分散式现场设备通过PROFINET IO 集成。这采用通常的PROFIBUS DP 的IO，从而可将现场设备的IO 循环地传输给PLC 的过程映象。在PROFINET IO描述的设备模型中，现场设备的特性通过基于XML的GSD(General Station Description)文件来描述。
在其他方面如：
? Web 功能的集成：Web集成允许在以太网上访问PROFInet设备：PROFInet选择使用已经实践证明的标准技术如： http, HTML 和XML。通过统一的站点（Web-Sites）来定义设备信息、诊断及报告功能，无需工程工具就可以方便查询并确定差错。对于设备的访问可通过类似于微软的Internet Explorer那样的标准浏览器。
? IT 集成：网络管理覆盖了在以太网网络中PROFINET 设备管理的所有功能。这包括设备和网络组态、网络诊断。对于Web集成，PROFINET 采用基于以太网的技术，而且借助互联网的标准技术可访问PROFINET 组件。为了获得与其它系统范围的开放链接，PROFINET 采用OPC DA 和DX。
? 网络拓扑：针对要连网单元的要求而定。PROFINET网络拓扑有：星型、线型、树型和环型结构。实际的系统是由混合结构组成，可以用铜缆或光缆实现。
? 网络安装：PROFINET 网络安装依据工业环境下以对太网网络的特殊要求给设备制造商提供清晰的设备接口规范和布线要求。“PROFINET 安装导则”给装备制造商/操作人员提供以太网网络安装的简单规则。
作为下一代的现场总线，PROFINET需要能够集成许多成熟的正在使用的现场总线。由于IT 技术的应用，在PROFINET方案中保护投资也起着至关重要的作用。PROFINET能集成现有的现场总线系统（例如INTERBUS、PROFIBUS），且无需修改现有设备。这就保护了所有投资者的现有投资。PROFINET可以从现有的现场总线解决方案（例如：INTERBUS、PROFIBUS DP）到基于以太网的PROFINET的无缝转换。
PROFINET 提供2种集成现场总线系统的方法：
? 通过代理服务器的现场总线设备集成：在此情况下，代理服务器代表以太网上较低层的现场设备。采用代理服务器方案，PROFINET 提供了从现有设备到新安装的设备之间的全透明转换。
? 整个现场总线应用的集成：一个现场总线段代表一个自包含的PROFINET 组件，该组件代表的是在较低层操作现场总线（例如：INTERBUS 、PROFIBUS DP）的PROFINET设备。由此，较低层现场总线的所有功能以组件的形式保存在代理服务器内。然后这些功能就在以太网上可供使用了。
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chenwh78 发表于 2009/7/16 16:35:08
为了满足所有自动化的需求，PROFINET 还吸纳了多年积累的现场总线和工业以太网的技术决窍，从一开始就决定了PROFINET采用开放的标准、现有设备的简单处理和集成的定义。PROFINET 持续不断的开发为用户带来了长远的前景。对于用户来说，采用PROFINET 可降低安装、工程和投运的成本。对于业主来说，由于运用了自适应的子单元，PROFINET 简化了装备的扩展并提高了装备的可用性。2楼 回复本楼
拥有PROFINET，作为系统和机械制造商：由于自适应的模块而具有更高的可用性；由于并行地投运，减少了投运时间；可管理的设备特定的详细信息提供简化的诊断，使从设计到运行更快捷。作为系统集成商：由于从现场级到企业管理级的开放性标准化的通信，可自由选择供应商；由于模块化，可容易地扩展开放的工程系统。由于自适应的子系统，具有高度的系统可用性；通过集成现有的系统和设备，投资得到了保护；由于采用已认证的设备而获得高质量标准。
PROFINET——远远不仅仅是以太网，而是自动化领域的开放的解决方案。
? PROFINET规定了强大功能，从网络安装到基于web诊断的整个自动化解决方案的实现。
? PROFINET的模块化结构可非常容易地扩展和包含其它功能。
? PROFINET提供标准化的独立于制造商的工程接口。它能够方便地把各个制造商的设备和组件集成到单一系统中。设备之间的通信链接以图形形式组态，无需编程。
PROFINET源自PROFIBUS现场总线国际组织（PI）的开放的自动化总线标准，是新一代基于以太网技术的工业通讯解决方案。
在办公网络世界中，以太网（Ethernet）是毫无争议的领先者，其市场占有率远远超过其他类型的局域网技术。不过，过去的十几年间，在工厂自动化和过程自动化领域中，现场总线才是现场级通讯系统中主流的解决方案。现场总线技术能够保证控制器之间以及控制器和分布式I/O之间实现快速、可靠的数据传输，同时可以大大地节约布线、调试及维护的成本。
不过，随着技术的不断进步和发展，传统现场总线越来越多的表现出了其本身的局限性。一方面，随着现场设备智能程度的不断提高，控制变得越来越分散，分布在工厂各处的智能设备之间以及智能设备和工厂控制层之间需要连续的交换控制数据，导致现场设备之间数据的交换量飞速增长；另一方面，随着计算机技术的发展，企业希望能够将底层的生产信息整合到统一的全厂信息管理系统当中，于是企业的信息管理系统需要读取现场的生产数据，并通过工业通讯网络实现远程服务和维护，因此纵向一致性成为热门的话题，客户希望管理层和现场级能够使用统一的、与办公自动化技术兼容的通讯方案，这样可以大大的简化工厂控制系统的结构，节约系统实施和维护的成本。
基于这样的需求，以太网技术开始逐渐从工厂和企业的信息管理层向底层渗透，以太网技术开始广泛的应用于工厂的控制级通讯。在自动化世界中使用以太网解决方案有几个显著的优势：统一的架构、集成的通讯以及强大的服务和诊断功能。从目前工业自动化控制领域的情况来看，以太网技术取代现场总线是工业控制网络发展的必然趋势。
不过，将以太网技术应用于工厂的生产控制过程中并不是一个简单的移植过程。在将以太网技术引入到控制级通讯的过程中，为了满足工业控制系统的特殊需求，如现场环境、拓扑结构、可靠性等要求，对普通的办公室以太网作出了许多重要的调整和补充，以保证以太网技术在工业现场应用的可靠性，即我们常说的工业以太网。目前，在控制级通讯网络领域中，工业以太网解决方案已经得到了广泛的认可和接受，企业和工厂也充分享受到了高性能的通讯网络带来的便利和收益。尽管如此，工业以太网技术在向最底层的现场级控制系统渗透时遇到了难以克服的障碍－通讯的实时性和确定性。
与普通的办公室网络和控制级的工业以太网不同，在现场级网络中传输的往往都是工业现场的I/O信号以及控制信号，从控制安全的角度来说，系统对这些来自于现场传感器的I/O信号要能够及时获取，并及时的作出相应的响应，将控制信号及时准确的传递到相应的动作单元中，因此，现场级通讯网络对通讯的实时性和确定性有极高的要求。这也正是普通的工业以太网技术在现场级通讯网络中难以和现场总线技术抗衡的重要原因。
在现场级通讯网络中，传输时间是十分重要的衡量因素。为了保证通讯的实时性，需要对信号的传输时间做精确的计算。当然，不同的现场应用对通讯系统的实时性有不同的要求，在衡量系统实时性的时候，我们一般使用响应时间作为系统实时性的一个标尺。
根据响应时间的不同，我们把工厂内的应用分为三大类：
对大多数的工厂应用来说，10～100 ms的响应时间就足够了，这个要求使用工业以太网技术及适当的软件驱动就可以实现。PROFINET V1就使用这样的技术来实现分布式控制。
对于传感器和执行器设备之间的数据交换，5~10ms的响应时间就可以满足系统的要求。为此，PROFINET V2提供了提供了一个优化的、基于软件的通讯通道，通过这个通讯通道，PROFINET可以获得等同、甚至超过传统现场总线系统的实时性能。我们使用RT（Real-Time）来标识基于软件的实时技术。
在现场级设备中，对通讯实时性要求最高的是运动控制（Motion Control）。运动控制对通讯网络提出了极高的要求，例如在包装机械和印刷机械中，其循环时间要小于1ms，抖动误差要小于1祍，以此来保证及时的、确定的响应。对于这样苛刻的实时要求，我们使用基于PROFINET V3的解决方案。
PROFINET V3的实现基于等时实时（Isochronous Real-Time, IRT） 技术。对于PROFINET V3网络，为了保证高质量的等时通讯，所有的网络节点必须很好的实现同步。这样才能保证数据在精确相等的时间间隔内被传输，网络上的所有站点必须通过精确的时钟同步以实现同步实时以太网。例如：通过规律的同步数据实现通讯循环的同步，其精度可以达到微秒级。这个同步过程可以精确的记录其所控制的系统的所有时间参数，因此能够在每个循环的开始实现非常精确的时间同步。这么高的同步水平单纯靠软件是无法实现的，想要获得这么高精度的同步实时，必须依靠网络第二层中硬件的支持，即西门子IRT等时实时ASIC芯片。
在PROFINET V3中，每个通讯周期被分成两个不同的部分，一个是循环的、确定的部分，称之为实时通道；另外一个是标准通道，标准的TCP/IP数据通过这个通道传输。
在实时通道中，为实时数据预留了固定循环间隔的时间窗，而实时数据总是按固定的次序插入，因此，实时数据就在固定的间隔被传送，循环周期中剩余的时间用来传递标准的TCP/IP数据。两种不同类型的数据就可以同时在PROFINET上传递，而且不会互相干扰，实现了PROFINET技术对以太网技术的兼容。基于普通以太网技术的各种网络服务功能，如SNMP、HTML等，也同样可以在PROFINET上运行。用户在获得高性能的实时网络的同时，还可以享受以太网技术和IT技术带来的便利。
网络节点也包含在网络的同步过程之中，即交换机。同步的的交换机在PROFINET概念中占有十分重要的位置，在传统的交换机中，要传递的信息必定在交换机中延迟一段时间，直到交换机翻译出信息的目的地址并转发该信息为止。这种基于地址的信息转发机制会对数据的传送时间产生不利的影响。为了解决这个问题，PROFINET在实时通道中使用一种优化的机制来实现信息的转发。
由于实时数据在确定的时刻以确定的顺序发送，因此，在交换机中建立一个时间表格，通过该时间表格，交换机就可以知道在什么时间来传送实时信息，信息的转发几乎没有延时。如果有发生冲突的危险，标准的TCP/IP信息就暂时保存在交换机中，在下个开放通讯周期再发送。通过使用这种机制，很好的保证了系统响应时间。例如：使用PROFINET构建的实时通讯网络可以在1ms的时间周期内，实现对100多个轴的控制，其抖动误差小于1祍，很好的满足了运动控制对通讯实时性的要求。
作为国际标准IEC61158的重要组成部分，PROFINET是完全开放的协议，而且，PROFINET和标准以太网完全兼容，集成IRT功能的交换机和一个普通交换机在平时工作起来是完全一样的，也就是说，IRT交换机可以和普通交换机一样使用。即使在使用实时通道时，它同样可以在它的开放通道使用其他标准功能。所以，根据环境的需求，自动化组件之间可以通过相同网络、相同的连接建立不同的通讯链路，为用户的使用提供了极大的方便。
引用 chenwh78 2009/7/16 16:35:08 发表于2楼的内容
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chenwh78 发表于 2009/7/16 16:36:30
德国西门子公司1998年发布工业Ethernet白皮书，并于2001年发布其工业Ethernet的规范，称为PROFINET3楼 回复本楼
PROFINET其实就是以太网
PROFINETp是一种新的以太网通讯系统，是由西门子公司和pProfibusp用户协会开发。pPROFINETp具有多制造商产品之间的通讯能力，自动化和工程模式，并针对分布式智能自动化系统进行了优化。其应用结果能够大大节省配置和调试费用。pPROFINETp系统集成了基于pProfibusp的系统，提供了对现有系统投资的保护。它也可以集成其它现场总线系统。p
PROFINETp技术定义了三种类型p:p
PROFINETp1.0p基于组件的系统主要用于控制器与控制器通讯p
PROFINET-SRTp软实时系统用于控制器与I/Op设备通讯p
PROFINET-IRTp硬实时系统用于运动控制p
PROFINETp是一种支持分布式自动化的高级通讯系统。除了通讯功能外，pPROFINETp还包括了分布式自动化概念的规范，这是基于制造商无关的对象和连接编辑器和pXMLp设备描述语言。以太网pTCP/IPp被用于智能设备之间时间要求不严格的通讯。所有时间要求严格的实时数据都是通过标准的pProfibuspDPp技术传输，数据可以从pProfibuspDPp网络通过代理集成到pPROFINETp系统。pPROFINETp是唯一使用已有的pITp标准，没有定义其专用工业应用协议的总线。它的对象模式的是基于微软公司组件对象模式p(COM)p技术。对于网络上所有分布式对象之间的交互操作，均使用微软公司的pDCOMp协议和标准pTCPp和pUDPp协议。p
在pPROFINETp概念中，设备和工厂被分成为技术模块，每个模块包括机械、电子和应用软件。这些组件的应用软件可使用专用的编程工具进行开发并下载到相关的控制器中。这些专用软件必须实现pPROFINETp组件软件接口，能够将pPROFINETp对象定义导出为pXMLp语言。pXMLp文件用于输入制造商无关的pPROFINETp连接编辑器来生成pPROFINETp元件。连接编辑器对网络上pPROFINETp元件之间的交换操作进行定义。最终，连接信息通过以太网pTCP-IPp下载到pPROFINETp设备中。p
HMSp已经将pPROFINET-IOp协议加入pAnybusp产品系列。这种新的协议将与现有的pModbus-TCPp和pEtherNet/IPp共同构成工业以太网协议。
引用 chenwh78 2009/7/16 16:36:30 发表于3楼的内容
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chenwh78 发表于 2009/7/16 16:50:03
德国西门子公司1998年发布工业Ethernet白皮书，并于2001年发布其工业Ethernet的规范，称为PROFINET 。 PROFINET是一种新的以太网通讯系统，是由西门子公司和pProfibus用户协会开发。PROFINET具有多制造商产品之间的通讯能力，自动化和工程模式，并针对分布式智能自动化系统进行了优化。其应用结果能够大大节省配置和调试费用。pPROFINETp系统集成了基于pProfibusp的系统，提供了对现有系统投资的保护。它也可以集成其它现场总线系统。4楼 回复本楼
引用 chenwh78 2009/7/16 16:50:03 发表于4楼的内容
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chenwh78 发表于 2009/7/16 16:50:40
5楼 回复本楼一、前言PROFINET是PROFIBUS国际组织（PI）为自动化制定的开放的工业以太网标准。PROFINET基于工业以太网，符合TCP/IP和IT标准。PROFINET包括下列概念和内容：PROFIBUS 国际（PI ,PNO 在德国）开发的工业以太网标准基于工业以太网利用 TCP/IP 和 IT 标准可实现与现场总线系统的无缝集成多层次的实时概念。二、分散式现场设备（PROFINET IO）简单的现场设备使用PROFINET IO集成到PROFINET，并用PROFIBUS DP中熟悉的IO来描述。这种集成的本质特征是使用分散式现场设备的输入和输出数据，然后由PLC用户程序进行处理。PROFINET IO模型与PROFIBUS DP中的模型类似，设备属性用基于XML的描述文件（GSD）来描述。在组态过程中将分散式现场设备分配给一个控制器。这样过程数据就能在控制器和现场设备间交换。三、分布式自动化典型的分布式自动化系统由几个子单元组成，这些子单元作为工艺技术模块可以自治地运行，通过可管理的一系列同步化、顺序控制和信息交换信号协调它们的相互作用。PROFINET组件模型使用这样的工艺技术模块作为基础。这些工艺技术模块由下面几部分组成：机械部分、电子部分和控制程序。通过使用在IT领域已获成功的组件技术，工艺技术模块的全部功能封装在一个相关的软件组件中。对这样的一个组件建模为一个对象，并视其为一个黑匣子。定义外在的组件接口是为了与分布式系统内部的组件通信。以这种方式设计的分布式自动化系统是成套装备和机器模块化的前提，从而可重复使用该成套装备和机器的组件。四、通信PROFINET通信有不同的层次。对时间要求并不苛刻的参数、组态数据和互联信息通过基于TCP/UDP和IP标准通道在PROFINET中传输。这是满足自动化网络与其他网络连接的先决条件。被称为RealTime（RT）的实时通道在工厂生产中传输实时过程数据。该通道在基于控制器的软件中运行。对于运动控制（如包装机械，印刷机械），使用等时同步实时技术（IRT），可使时钟抖动小于1μs。五、网络安装PROFINET网络安装起源于以太网在工业环境中的特殊需要。“PROFINET安装向导”给工厂结构工程师和操作者提供安装以太网和相关电缆的简单规则。“安装向导”将设备接口的明确规范提供给设备制造商。六、IT集成网络管理包括以太网中PROFINET设备的功能管理。这包括设备组态，网络管理和网络诊断。在网页集成中，PROFINET充分利用以太网基本技术，通过标准的Internet技术获得PROFINET组件的使用权。为了保持与其他系统的连接，PROFINET支持OPC DA和DX。七、现场总线集成PROFINET的一个重要特点是可以把其他现场总线如PROFIBUS DP无缝集成到PROFINET上，从而极大保护了设备制造商、成套装置或机器制造商和终端用户的投资。
引用 chenwh78 2009/7/16 16:50:40 发表于5楼的内容
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引用 jhlu3 2009/7/31 23:57:25 发表于6楼的内容
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引用 chyw_927 2009/8/11 16:47:57 发表于7楼的内容