PROFINET基于以太网标准.ppt

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1、 概述,Profinet,A&D CS2 FA,自动化发展趋势,集中控制-分布式控制 在所有的自动化层上使用以太网在自动化系统中开放式的IT 标准得到更多的应用 IT和自动化系统一起发展,需求&发展趋势,形成统一网络的结构减少接口设备的安装范围更广阔至上而下从企业控制层直到现场层的连续在自动化系统中使用IT-技术的优势远程访问Web 服务软件更新相对当前系统的高级之处更高的性能没有数量的限制操作简单,为什么在工业环境中使用以太网?,需求&发展趋势,Industrial Automation,工业自动化对于以太网的特殊要求,Industrial approved Installation,Pla

2、nt wideEngineering,High Availability,QuickReaction Times,EfficientNetwork and DeviceDiagnostics,ConfigurableAccess Protection,Safety approvedApplications,Integrationof existingPlants,需求&发展趋势,PROFINET 基于工业以太网标准,全面地解决方案!,Answer:PROFINET,PROFINET 解决方案!,PROFINET,动机,Ethernet 采用随机争用型介质访问方法(CSMA/CD)存在的问题：如

3、果网络负载过高，无法预测网络延迟时间,只要有通信需求，各以太网节点(A-F)均可向网络发送数据报文可能在主干网中被缓冲,现场通信中的 QoS 要求,QoS 级别,1,2,3,4,应用类型,控制器之间,分布式 IO 设备,运动控制,组态编程/参数,反应时间,100ms,10ms,1ms,尽力,抖动,/,/,1us,交换技术,以太网帧的优先级划分在 IEEE 802.1q 标准中定义四个额外的数据字节用于控制不同优先级数据帧的传输,数据帧 1 正在发送中，无法中断正在进行的传输任务数据帧 2 的优先级低于数据帧 3，因而被暂时搁置,改善的通信堆栈性能,数据准备和处理所需的时间与通信无关优化通信堆栈

4、循环时间线路传输时间可忽略(100 Mb/s),如何获得以太网 QoS,使用专用交换技术和全双工 FCX 通道 遵循 IEEE802.1D/Q 的优先级别，采用服务类别 CoS 机制 时间要求严格的应用场合“尽力“应用场合优化设备处理时间,分类,根据响应时间不同有三种通信方式TCP/IP标准实时(RT)通信等时同步实时(IRT)通信,两种应用方式集成分布式I/O的PROFINET IO用于创建模块化的PROFINET CBA,RT通信堆栈,标准通道 TCP/IP and UDP/IP组态和参数化诊断数据装载 网络连接建立用户数据通信通道实时通道 RT高性能、循环用户数据传输事件触发的消息/报警

5、实时通道 IRT同步用户数据传输抖动 1sec,实时,RT,IRT,实时,1,Ethernet,TCP/UDP,PROFINET 应用程序,IT 应用e.g.HTTP SNMP DHCP.,标准数据,实时数据,IP,3,1,2,3,ASIC,PN IO with IRT,2,PROFINET报文的结构,依照 IEEE 802.3标准的报文格式PROFINET real-time报文的Ether type0 x0800:IP 报文0 x8892:PROFINET real-time 报文通过 Frame-ID确定接收数据的分配循环传输(过程值)事件触发传输(报警和事件)状态信息设备和数据状态(如

6、：运行，停止，错误),Pre-ambel,7 Byte,SourceMAC,6 Byte,Dest.MAC,6 Byte,PriorityTagging*,4 Byte,FrameID,2 Byte,FCS,4 Byte,Prozess dataup to 1440 Byte,Sync,1 Byte,Ether-type,2 Byte,Ethernet Frame,StatusInformation,4 Byte,PROFINET specific,Ethernet-Standard,*According to 802.1 Q,PROFINET 实时,PROFINET 实时通信,综合通信技术和

7、短的响应时间实时和 IT 通信在同一介质上进行高性能的实时通信，可应用于高性能场合TCP/IP 通信不受限制,PROFINET 实时通信,PROFINET 根据性能不同可划分为两种实时类型(Ethertype 0 x8892).实时(RT):使用标准网络器件工作特性与目前的现场总线类似(如 PROFIBUS)典型应用场合：工厂自动化等时实时(IRT):时钟同步的通信 借助 Switch-ASIC 芯片典型应用场合：运动控制中的驱动控制,RT 通信要求,更新时间工厂自动化：5-10 ms运动控制：1 ms，抖动 1s(时间同步)处理器负责应用程序的处理，实时通信不应过分占据处理器资源 处理器的主

8、要任务是处理应用程序实时通信必须可应用于现有的以太网络结构中对现有通信不造成影响使用标准网络器件(如交换机)装置采用标准以太网控制器,STEP 7 中组态PROFINET IO RT,PN IO with RT,更新时间,组态中定义了时间 Phase=Send clock,在此时间内过程数据将被发送 在同一个时间片内，实时数据和TCP/IP数据可以被一起发送 所有设备数据更新数据的时间和就是update time,1,2,3,1,3,TCP/IP,TCP/IP,TCP/IP,1,2,3,TCP/IP,.,Update,Send clock e.g.1ms,1,Phase2,Phase3,Pha

9、se1,PN IO with RT,iMap 组态 PROFINET CBA RT,PN CBA with RT,等时实时通信,IRT,运动控制要求总线周期小于 1 ms时钟同步及确定性抖动小于 1sTime scheduled transmission,PN IO with IRT,IRT 通信堆栈,标准通道 TCP/IP and UDP/IP组态和参数化诊断数据装载 网络连接建立用户数据通信通道实时通道 IRT同步用户数据传输抖动 1sec,实时,RT,IRT,实时,1,Ethernet,TCP/UDP,PROFINET 应用程序,IT 应用e.g.HTTP SNMP DHCP.,标准数据

10、,实时数据,IP,3,1,2,3,ASIC,PN IO with IRT,等时模式的实时,Cycle 1,Cycle 2=time domain,Cycle n,IRT-channel,Standard channel,Isochronous communication,Standard communication,IRT-channel,Standard channel,IRT-channel,RT-communication,TCP/IP-data,IRT-data,E.g.1 ms position control cycle,通信系统时间安排实时和 TCP/IP 数据使用不同的时间域高度精确的周期同步和控制周期(抖动 1s),RT-data,PN IO with IRT,IRT-”快车道”,为 IRT 预留通道(资源)保证实时，与通信量(网络负荷)无关无限制访问(TCP/IP,IT,.),TCP/IP,TCP/IP,PN IO with IRT,