PROFINET基于以太網(wǎng)標準.ppt

概述,Profinet,A&D CS2 FA,自動化發(fā)展趨勢,集中控制-分布式控制 在所有的自動化層上使用以太網(wǎng) 在自動化系統(tǒng)中開放式的IT 標準得到更多的應用 IT和自動化系統(tǒng)一起發(fā)展,需求& 發(fā)展趨勢,形成統(tǒng)一網(wǎng)絡的結構 減少接口 設備的安裝范圍更廣闊 至上而下從企業(yè)控制層直到現(xiàn)場層的連續(xù) 在自動化系統(tǒng)中使用 IT-技術的優(yōu)勢 遠程訪問 Web 服務 軟件更新 相對當前系統(tǒng)的高級之處 更高的性能 沒有數(shù)量的限制 操作簡單,為什么在工業(yè)環(huán)境中使用以太網(wǎng)?,需求& 發(fā)展趨勢,Industrial Automation,工業(yè)自動化對于以太網(wǎng)的特殊要求,Industrial approved Installation,Plant wide Engineering,High Availability,Quick Reaction Times,Efficient Network and Device Diagnostics,Configurable Access Protection,Safety approved Applications,Integration of existing Plants,需求& 發(fā)展趨勢,PROFINET 基于工業(yè)以太網(wǎng)標準,全面地解決方案!,Answer: PROFINET,PROFINET 解決方案!,PROFINET,動機,Ethernet 采用隨機爭用型介質(zhì)訪問方法 (CSMA/CD) 存在的問題：如果網(wǎng)絡負載過高，無法預測網(wǎng)絡延遲時間,只要有通信需求，各以太網(wǎng)節(jié)點 (A-F) 均可向網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù) 報文可能在主干網(wǎng)中被緩沖,現(xiàn)場通信中的 QoS 要求,QoS 級別,1,2,3,4,應用類型,控制器之間,分布式 IO 設備,運動控制,組態(tài)編程/參數(shù),反應時間,100ms,10ms,1ms,盡力,抖動,/,/,1us,交換技術,以太網(wǎng)幀的優(yōu)先級劃分在 IEEE 802.1q 標準中定義 四個額外的數(shù)據(jù)字節(jié)用于控制不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)幀的傳輸,數(shù)據(jù)幀 1 正在發(fā)送中 ，無法中斷正在進行的傳輸任務 數(shù)據(jù)幀 2 的優(yōu)先級低于數(shù)據(jù)幀 3 ，因而被暫時擱置,改善的通信堆棧性能,數(shù)據(jù)準備和處理所需的時間與通信無關 優(yōu)化通信堆棧循環(huán)時間 線路傳輸時間可忽略 (100 Mb/s),如何獲得以太網(wǎng) QoS,使用專用交換技術和全雙工 FCX 通道 遵循 IEEE802.1D/Q 的優(yōu)先級別，采用服務類別 CoS 機制 時間要求嚴格的應用場合 “盡力“ 應用場合 優(yōu)化設備處理時間,分類,根據(jù)響應時間不同有三種通信方式 TCP/IP標準 實時(RT)通信 等時同步實時(IRT)通信,兩種應用方式 集成分布式I/O的PROFINET IO 用于創(chuàng)建模塊化的PROFINET CBA,RT通信堆棧,標準通道 TCP/IP and UDP/IP 組態(tài)和參數(shù)化 診斷數(shù)據(jù) 裝載 網(wǎng)絡連接 建立用戶數(shù)據(jù)通信通道 實時通道 RT 高性能、循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳輸 事件觸發(fā)的消息/報警 實時通道 IRT 同步用戶數(shù)據(jù)傳輸 抖動 1sec,實時,RT,IRT,實時,1,Ethernet,TCP/UDP,PROFINET 應用程序,IT 應用 e.g HTTP SNMP DHCP.,標準數(shù)據(jù),實時數(shù)據(jù),IP,3,1,2,3,ASIC,PN IO with IRT,2,PROFINET報文的結構,依照 IEEE 802.3標準的報文格式 PROFINET real-time報文的Ether type 0x0800: IP 報文 0x8892: PROFINET real-time 報文 通過 Frame-ID確定接收數(shù)據(jù)的分配 循環(huán)傳輸 (過程值) 事件觸發(fā)傳輸(報警和事件) 狀態(tài)信息 設備和數(shù)據(jù)狀態(tài) (如：運行，停止，錯誤),Pre- ambel,7 Byte,Source MAC,6 Byte,Dest. MAC,6 Byte,Priority Tagging*,4 Byte,Frame ID,2 Byte,FCS,4 Byte,Prozess data up to 1440 Byte,Sync,1 Byte,Ether- type,2 Byte,Ethernet Frame,Status Information,4 Byte,PROFINET specific,Ethernet-Standard,* According to 802.1 Q,PROFINET 實時,PROFINET 實時通信,綜合通信技術和短的響應時間 實時和 IT 通信在同一介質(zhì)上進行 高性能的實時通信，可應用于高性能場合 TCP/IP 通信不受限制,PROFINET 實時通信,PROFINET 根據(jù)性能不同可劃分為兩種實時類型 (Ethertype 0x8892). 實時 (RT): 使用標準網(wǎng)絡器件 工作特性與目前的現(xiàn)場總線類似 (如 PROFIBUS) 典型應用場合：工廠自動化 等時實時 (IRT): 時鐘同步的通信 借助 Switch-ASIC 芯片 典型應用場合：運動控制中的驅(qū)動控制,RT 通信要求,更新時間 工廠自動化： 5-10 ms 運動控制：1 ms，抖動 1s (時間同步) 處理器負責應用程序的處理，實時通信不應過分占據(jù)處理器資源 處理器的主要任務是處理應用程序 實時通信必須可應用于現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡結構中 對現(xiàn)有通信不造成影響 使用標準網(wǎng)絡器件 (如交換機) 裝置采用標準以太網(wǎng)控制器,STEP 7 中組態(tài)PROFINET IO RT,PN IO with RT,更新時間,組態(tài)中定義了時間 Phase=Send clock, 在此時間內(nèi)過程數(shù)據(jù)將被發(fā)送 在同一個時間片內(nèi)，實時數(shù)據(jù)和TCP/IP數(shù)據(jù)可以被一起發(fā)送 所有設備數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)的時間和就是update time,1,2,3,1,3,TCP/IP,TCP/IP,TCP/IP,1,2,3,TCP/IP,.,Update time e.g.2ms,Send clock e.g. 1ms,1,Phase2,Phase3,Phase1,PN IO with RT,iMap 組態(tài) PROFINET CBA RT,PN CBA with RT,等時實時通信,IRT,運動控制要求 總線周期小于 1 ms 時鐘同步及確定性 抖動小于 1s Time scheduled transmission,PN IO with IRT,IRT 通信堆棧,標準通道 TCP/IP and UDP/IP 組態(tài)和參數(shù)化 診斷數(shù)據(jù) 裝載 網(wǎng)絡連接 建立用戶數(shù)據(jù)通信通道 實時通道 IRT 同步用戶數(shù)據(jù)傳輸 抖動 1sec,實時,RT,IRT,實時,1,Ethernet,TCP/UDP,PROFINET 應用程序,IT 應用 e.g HTTP SNMP DHCP.,標準數(shù)據(jù),實時數(shù)據(jù),IP,3,1,2,3,ASIC,PN IO with IRT,等時模式的實時,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,通信系統(tǒng)時間安排 實時和