下一代現(xiàn)場(chǎng)總線新標(biāo)準(zhǔn)PROFINET

PROFINET的性能等級(jí)

PROFINET用于實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)的集成、一致的自動(dòng)化解決方案。支持用以太網(wǎng)通信的簡(jiǎn)單分散式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和苛求時(shí)間的應(yīng)用的集成，以及基于組件的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)的集成。為完成這一面向各種控制對(duì)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(jí)：

(1)通過(guò)TCP/UDP/IP在標(biāo)準(zhǔn)通道上發(fā)送非苛求時(shí)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(dòng)化層與其他網(wǎng)絡(luò)（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(chǔ)。TCP/UDP/IP 是IT領(lǐng)域在通信協(xié)議方面的實(shí)際上的標(biāo)準(zhǔn)。TCP/UDP/IP 提供了使以太網(wǎng)設(shè)備能夠通過(guò)本地和分布式網(wǎng)絡(luò)的透明通道中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。

(2)對(duì)于生產(chǎn)裝備內(nèi)苛求時(shí)間的過(guò)程數(shù)據(jù)的傳輸，它采用實(shí)時(shí)通道。作為基于可用控制器的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，實(shí)時(shí)應(yīng)用需要刷新/響應(yīng)時(shí)間范圍在5~10ms 內(nèi)。 經(jīng)驗(yàn)指出，與設(shè)備中的處理時(shí)間相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太網(wǎng)線路上的傳輸時(shí)間是可以忽略不計(jì)的。在提供者的應(yīng)用中可提供數(shù)據(jù)的時(shí)間是不受通信影響的。這就是說(shuō)，在刷新時(shí)間以及實(shí)時(shí)響應(yīng)中任何重大的改進(jìn)可通過(guò)發(fā)布者和使用者通信棧的優(yōu)化來(lái)達(dá)成。PROFINET 中的實(shí)時(shí)通信通道為了能滿足自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)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(yùn)行時(shí)間，從而提高了過(guò)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(shù)，并已進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)優(yōu)先級(jí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。為了能在這些情況下達(dá)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(jí)。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流則由網(wǎng)絡(luò)組件依據(jù)此優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。優(yōu)先級(jí)6是用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先級(jí)，由此也就確保了對(duì)其他應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)處理。

(3)對(duì)于同步應(yīng)用，PROFINET采用等時(shí)同步實(shí)時(shí)通信，它允許在時(shí)鐘速率為1ms時(shí)，抖動(dòng)精度為1ms。

實(shí)時(shí)通道RT解決方案對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用要求刷新速率在1ms，100 節(jié)點(diǎn)的連續(xù)循環(huán)的抖動(dòng)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(shí)間間隔控制的傳輸方法IRT。通過(guò)具備上述精度的參與設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)組件和PROFINET設(shè)備）的時(shí)間同步化，可在網(wǎng)絡(luò)中規(guī)定時(shí)間片，在此時(shí)間間隔內(nèi)傳輸自動(dòng)化任務(wù)所必需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通信循環(huán)被分成兩個(gè)部分，即：時(shí)間確定性部分和開放性部分。循環(huán)的實(shí)時(shí)報(bào)文在時(shí)間確定性通道中傳輸，而TCP/IP 報(bào)文則在開放性通道中傳輸。等時(shí)同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕谟布膶?shí)現(xiàn)能夠獲得所要求的異常重要的順序精度要求，同時(shí)也解放了承擔(dān)PROFINET 設(shè)備通信任務(wù)的處理器。這就免除了繁瑣的計(jì)算，從而可為自動(dòng)化任務(wù)提供解決方案。

這3種性能等級(jí)的PROFINET通信覆蓋了自動(dòng)化應(yīng)用的全部范圍。PROFINET 通信標(biāo)準(zhǔn)的特性包括以下方面：

(1)在一根通信線路上同時(shí)使用實(shí)時(shí)通信和基于TCP的IT通信。
(2)標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)時(shí)協(xié)議適用于所有應(yīng)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(chǎng)設(shè)備之間的通信。
(3)從一般性能到高性能和時(shí)間同步的可縮放的實(shí)時(shí)通信。