PROFINET基礎(chǔ)知識介紹

1、工業(yè)以太網(wǎng)一般使用IEEE 802.3中定義的以太網(wǎng)標準。針對自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點輔助采用了服務(wù)質(zhì)量（QOS）機制。PROFINET作為工業(yè)以太網(wǎng)之一，它 采用了三種不同的方法來實現(xiàn)。這樣既滿足了普通以太網(wǎng)的需求，又滿足了工業(yè) 系統(tǒng)對不同應(yīng)用的實時性的要求。如下圖 1所示。圖1、PROFINET使用到的三種協(xié)議棧使用了 IEEE 802.3以太網(wǎng)標準和TCP/IP ,報文結(jié)構(gòu)如圖2所示。大多數(shù)的 PROFINET通信是通過沒有被修改的以太網(wǎng)和 TCP/IP包來完成。這使得可以無 限制地把辦公網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用集成到 PROFINET網(wǎng)絡(luò)中。圖2、TCP/IP報文結(jié)構(gòu)RT的通信不僅使用了帶有優(yōu)先級的以

2、太網(wǎng)報文幀（如下圖3所示），而且優(yōu)化掉了 OSI協(xié)議棧的3層和4層。這樣大大縮短了實時報文在協(xié)議棧的處理時問，進一步提高了實時性能。由于沒有 TCP/IP的協(xié)議棧，所以RT的報文不能 路由。圖3、PROFINET RT 報文結(jié)構(gòu)IRT通信是滿足最高的實時要求，特別是針對于等時同步的應(yīng)用。IRT是基于 以太網(wǎng)的擴展協(xié)議棧，能夠同步所有的通信伙伴并使用調(diào)度機制。 IRT通信需要 在IRT應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)使用IRT交換機。在IRT域內(nèi)也可以并行傳輸TCP/IP 協(xié)議包，如圖4所示。iftT 良向.UOP IWT同 T.tCFgPIKT圖4、PN控制器和PN設(shè)備的分片處理機制以PROFINET RT為

3、例來理解在整個通信的過程中實時性能是如何來保證的。從通信的終端設(shè)備（PN控制器和PN設(shè)備）來看，首先采用了優(yōu)化的協(xié)議棧，這一點可以在圖1的 看到。這樣一來在終端的設(shè)備上數(shù)據(jù)報文被處理的時間 大大的縮短，這是實時性能保證的一個方面。其次是終端設(shè)備上采用的分時間段 處理機制，這一點可以在圖5看到。這樣保證了在每個通信的循環(huán)的周期內(nèi)終端設(shè)備即可以處理RT的實時數(shù)據(jù)又可以處理TCP或UDP的數(shù)據(jù)。且在每個循環(huán) 內(nèi)優(yōu)先處理RT的實時數(shù)據(jù)。這里需要強調(diào)的是每個 PN終端設(shè)備只對自己的負責，需要發(fā)送的數(shù)據(jù)會按發(fā)送循環(huán)發(fā)送、 對于由其他設(shè)備發(fā)到自己的數(shù)據(jù)會進行立即接收，且發(fā)送和接收是并行處理。圖5、RT的時間

4、調(diào)度機制從通信的傳輸設(shè)備（SCALANCE X交換機）來看，首先采用百兆全雙工的交換 網(wǎng)絡(luò)，這樣一來每個終端設(shè)備的每個端口都是獨享帶寬，且可以雙向不間斷的收發(fā)數(shù)據(jù)。其次是交換機支持802.1P或802.1Q的標準，使得發(fā)到交換機網(wǎng)絡(luò)的 PN的數(shù)據(jù)幀被優(yōu)先處理和轉(zhuǎn)發(fā)，如圖 6所示。這一點保證了 PN在網(wǎng)絡(luò)上的快 速轉(zhuǎn)發(fā)，也是實時性能保證的另一個方面。圖6、交換機802.1Q 的工作機制上面介紹的是PN RT的實時性能從機理上如何保證的。而從量化的角度去分析的話，PN RT完全是靠計算來精確保證每個發(fā)送循環(huán)所能發(fā)送的報文及對RT數(shù)據(jù)的時間的預(yù)留。| 對于RT來說，在物理層上傳輸?shù)淖钚笪膸瑏頌?8

5、8個字節(jié)，最大報文幀來為7所示。1488個字節(jié)。其中包括了 12個字節(jié)的幀間隔，如下圖_alc4 «- m f v£,icTMK 4 IS4 siis «-o二身-I# hits工工；T nosuUSoi?堂3 iti 0ata link layp54 Byte T 4gH E phyigl 麗，8S Byte - 1488 Byte£ 工曳唱匕圖7、RT的報文的長度百以太網(wǎng)的傳輸速率：每個字節(jié)傳輸需要的時間：|最小的RT報文幀需要的傳輸時間 0.08一個PN控制下帶3個最小報文幀（40個字節(jié)的C_SDU）的PN設(shè)備，PN控制器的發(fā)送循環(huán)為250 ,通信

6、建立后在PN接口上抓報分析PN的通信可以分 析出PN數(shù)據(jù)幀對時間調(diào)度的情況，如下圖 8所示2S0iJ«.Cytli旭?50ij：iGycl«*r« H 觸工*1 W *U»?門” 111). X lyl« L*ITH t，L£ ills)H.t wr be £： U* =1m#l -f-DO: £.&=1& A d M : tt2r 【r E : f Inmu La 3 1i i »: 1 1. g 1 Nbs 1J Hi，七后】* MU CJ,$J 垢 ED. .wtf- orif hi

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