PROFINET總線技術基礎

PROFINET總線技術基礎第一頁，共61頁。§1工業(yè)以太網(wǎng)§2PROFINET基礎§3PROFINET的通信技術§4PROFINET的種類§5PROFINETIO的組態(tài)第二頁，共61頁。第一節(jié)工業(yè)以太網(wǎng)概述技術特點傳輸介質和連接器第三頁，共61頁。一、概述工業(yè)以太網(wǎng)(IndustrialEthernet)是西門子公司提出的一種基于以太網(wǎng)的工業(yè)通訊模式，它遵循國際標準IEEE802.3。工業(yè)以太網(wǎng)和局域網(wǎng)都是采用TCP/IP協(xié)議，因而可以直接和局域網(wǎng)的計算機互連，便于共享網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)，可以用IE瀏覽器訪問終端數(shù)據(jù)。第四頁，共61頁。

常見網(wǎng)絡結構第五頁，共61頁。

常見網(wǎng)絡結構第六頁，共61頁。二、技術特點兼容性好，適合于解決控制系統(tǒng)中不同廠商設備的兼容和互操作等問題。數(shù)據(jù)傳輸速率高、傳輸距離遠，具有10～100M/bits的自適應傳輸速率，傳輸距離最大可達150km?？梢酝ㄟ^Internet對企業(yè)生產進行遠程監(jiān)控。實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡與工業(yè)控制網(wǎng)絡的無縫連接，實現(xiàn)企業(yè)管控一體化?？垢蓴_能力強，適應嚴酷的工業(yè)生產環(huán)境?？焖俚木W(wǎng)絡故障定位與診斷。第七頁，共61頁。三、傳輸介質和連接器目前采用多芯雙絞線作為短距離信息傳輸，無線作為中距離信息傳輸，光纖作為遠距離信息傳輸。多芯雙絞線常用的有8芯、4芯兩種，使用RJ45(俗稱水晶頭)連接器作接線端子。RJ45有8芯和4芯兩種。第八頁，共61頁。1、8芯雙絞線和連接器第九頁，共61頁。RJ45的安裝方法第十頁，共61頁。2、4芯雙絞線和連接器第十一頁，共61頁。RJ45的安裝方法第十二頁，共61頁。1-橙白2-橙3-綠白6-綠第十三頁，共61頁。3、檢查第十四頁，共61頁。第二節(jié)

PROFINET基礎概述網(wǎng)絡結構傳輸介質和連接器PROFINET與PROFIBUS的比較第十五頁，共61頁。一、概述PROFIBUS國際組織于1999年開始研發(fā)新一代總線系統(tǒng)—PROFINET。因全球知名的自動化設備制造商的支持，2000年底，PROFINET正式成為了IEC61158標準的第10種現(xiàn)場總線。PROFINET是一種基于工業(yè)以太網(wǎng)和IT標準的現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)，具有比PROFIBUS更多的優(yōu)點，因而在自動化控制領域中得到越來越廣泛地應用。第十六頁，共61頁。二、網(wǎng)絡結構第十七頁，共61頁。要求使用帶有交換功能的設備！第十八頁，共61頁。三、傳輸介質和連接器1、傳輸介質

目前PROFINET支持百兆以太網(wǎng)100BASE-TX，采用兩對雙絞屏蔽線(GP2×2系列)作為短距離信號傳輸。名稱特點適用范圍GP2×2A型單股導體固定設備GP2×2B型較軟電纜偶爾移動的設備GP2×2C型軟電纜經常移動的設備GP2×2船用耐腐蝕船用設備IEFC電纜GP2×2型系列第十九頁，共61頁。GP2×2A型黃色/橙色用于發(fā)送信號，白色/藍色用于接收信號。第二十頁，共61頁。2、連接器RJ45連接器M12連接器混合連接器第二十一頁，共61頁。RJ45連接器IP20防護FC型(工業(yè)中常用)IP20防護普通型IP67防護型第二十二頁，共61頁。M12連接器(4芯)A型B型D型第二十三頁，共61頁。混合連接器

可同時進行通信和24V供電。電纜與連接器的連接方法名稱功能導線顏色RJ45M12TD+發(fā)送數(shù)據(jù)黃11TD-發(fā)送數(shù)據(jù)橙23RD+接收數(shù)據(jù)白32RD-接收數(shù)據(jù)藍64第二十四頁，共61頁。四、PROFINET與PROFIBUS的比較名稱PROFINETPROFIBUS最大傳輸速率100Mbit/s12Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸方式全雙工半雙工網(wǎng)絡拓撲結構星型、線型、樹型線型一致性數(shù)據(jù)范圍254字節(jié)32字節(jié)網(wǎng)段長度100m100m主站個數(shù)無限制多主站會影響速率診斷功能強弱運動控制響應速度快響應速度慢設備的網(wǎng)絡定位能不能使用成本高低第二十五頁，共61頁。第三節(jié)

PROFINET的通信技術

通信協(xié)議模型通信等級通信通道模型等時同步實時通信第二十六頁，共61頁。一、通信協(xié)議模型ISO/OSIPROFINET7bPROFINETIO服務(IEC61784)PROFINETIO協(xié)議(IEC61158)PROFINETCBA(IEC61158)7a無連接RPC面向連接RPC(DCOM)654UDP(RFC768)TCP(RFC793)3IP(RFC791)2IEEE802.3全雙工IEEE802.1優(yōu)先標識1IEEE802.3100BASE-TX，100BASE-FX第二十七頁，共61頁。二、通信等級IT服務，TCP/IPSRTIRT第二十八頁，共61頁。TCP/IP用于對通訊速率要求不高的數(shù)據(jù)傳輸。如設備組態(tài)、設置參數(shù)和下載上傳程序、低精度過程控制、低精度運動控制等。軟實時(SRT)技術用于對通訊速率要求較高的數(shù)據(jù)傳輸。如高精度過程控制、中精度的運動控制等。等時同步實時(IRT)技術用于對通訊速率要求高的數(shù)據(jù)傳輸。如高精度的運動控制等。第二十九頁，共61頁。三、通信通道模型IT應用HTTPSNMPDHCPPROFINET應用標準數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)TCP/IPRTC1/RTC2/RTC3EthernetSRTIRT第三十頁，共61頁。IT的應用協(xié)議用于設備的參數(shù)化、診斷數(shù)據(jù)讀取。實時SRT用于高性能的數(shù)據(jù)通信。等時通信IRT用于抖動時間小于1us的等時模式。RTC1適合于周期性數(shù)據(jù)傳輸，可滿足大部分工廠自動化的應用要求。RTC2/RTC3需要特殊的硬件支持，分別用于實現(xiàn)高性能的控制任務和運動控制任務。第三十一頁，共61頁。四、等時同步實時通信(IRT)

高精度的運動控制要求循環(huán)刷新時間小于1ms,循環(huán)周期的抖動時間不大于1us。因此，PROFINET在通信協(xié)議中定義了基于時間間隔的傳輸方法IRT。IRT通訊方式可以使參與控制的網(wǎng)絡中各個節(jié)點的時鐘準確同步，以便使各節(jié)點上的控制功能可以按一定的時序協(xié)調動作。第三十二頁，共61頁。第四節(jié)

PROFINET的種類

PROFINETIO

PROFINETCBA第三十三頁，共61頁。一、PROFINETIO1、簡介用于分布式I/O自動化控制系統(tǒng)，其工作性質類似于PROFIBUS—DP。傳感器、執(zhí)行機構等裝置連接到I/O設備上，通過I/O設備連接到網(wǎng)絡中。網(wǎng)絡中還有對I/O設備進行監(jiān)控的I/O控制器和I/O監(jiān)視器。

PROFINETIO支持實時通信(RT)和等時同步通信(IRT)工作模式。數(shù)據(jù)傳輸速率高于PROFIBUS—DP。第三十四頁，共61頁。2、系統(tǒng)基本組成第三十五頁，共61頁。IO控制器：讀寫I/O設備的過程數(shù)據(jù)，接收I/O設備的報警診斷信息，執(zhí)行自動化控制程序。IO監(jiān)視器：讀寫I/O控制器的數(shù)據(jù)，上位機可編寫、上傳、下載、調試控制器的程序，上位機、HMI可對系統(tǒng)實現(xiàn)可視化監(jiān)控。IO設備：連接現(xiàn)場分散的檢測裝置、執(zhí)行機構。傳遞現(xiàn)場采集的各類數(shù)據(jù)，傳遞執(zhí)行機構的控制指令。

I/O控制器、I/O監(jiān)視器、I/O設備都是PROFINET網(wǎng)絡中的節(jié)點！第三十六頁，共61頁。3、組態(tài)要求網(wǎng)絡中的節(jié)點必須分配設備名稱。設備名稱必須符合要求。例如：CPU314C分配名稱為PLC01，人機界面分配名稱為HMI02。網(wǎng)絡中的節(jié)點必須分配IP地址，各IP地址要在同一網(wǎng)段內。例如：HMI的IP地址為，CPU314C的IP地址為。網(wǎng)絡中節(jié)點的子網(wǎng)掩碼相同。例如：。如果節(jié)點之間采用通信報文方式傳輸數(shù)據(jù)，必須建立通訊伙伴關系。第三十七頁，共61頁。設備名稱要求(適用于STEP7V5.5版本)：名稱總長度不得超過127個字符，名稱如果用句點分段，句點之間的字符串長度不得超過63個。不得使用諸如元音變音、括號、下劃線、斜線、空格等符號。可以使用字母、數(shù)字、短劃線和句點。不得以“-”或“.”開頭或結束，不得以數(shù)字開始。名稱格式不得為(n=0...999)，不得以字符串"port-xyz-"(x，y，z=0...9)開頭。第三十八頁，共61頁。二、PROFINETCBA(Commponent-BasedAutomation)1、簡介

把典型的控制環(huán)節(jié)做成標準組件，這些標準組件可以完成不同的標準控制任務。一個復雜的控制任務，可以分解成若干個不同的標準任務。從中選擇不同的標準組件連接成一個網(wǎng)絡，對這些標準組件的工作進行協(xié)調，就能完成一個復雜的控制任務。PROFINETCBA就是模塊化的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，它特別適用于大型控制系統(tǒng)。通信速率略低于PROFINETIO。第三十九頁，共61頁。2、系統(tǒng)基本組成每個標準組件是由控制器、分布式I/O設備、監(jiān)視設備、檢測裝置、執(zhí)行機構等組合而成。第四十頁，共61頁。3、特點減少了系統(tǒng)的設計工作量。模塊化的組件具有高度的獨立性和完整性，減少了系統(tǒng)的調試工作量。簡化了系統(tǒng)的維護工作量。第四十一頁，共61頁。4、使用要求標準組件通常由設備制造商提供，采用標準化的PCD(ProfinetComponentDescription)文件描述。PCD文件應用XML生成并存儲。硬件組態(tài)時需要這個文件。為了完成某個特殊任務，需要設計者創(chuàng)建組件，并生成PCD文件。第四十二頁，共61頁。第五節(jié)

PROFINETIO的組態(tài)系統(tǒng)組成任務要求硬件電路組態(tài)過程程序編寫仿真調試第四十三頁，共61頁。一、系統(tǒng)組成第四十四頁，共61頁。I/O控制器選用S7-300系列的CPU314C-2PN/DP，該型號是緊湊型PLC，自帶24個數(shù)字量輸入端口，16個數(shù)字量輸出端口，5個模擬量輸入端口，2個模擬量輸出端口，2個PROFINET接口，1個MPI/DP接口。訂貨號：6ES7314-6EH04-0AB0。PS307-5A是電源，訂貨號：6ES7307-1EA01-0AA0。選用的I/O設備ET200S是機架式模塊化結構，由通訊模塊、電源模塊和數(shù)字量輸入/輸出模塊組成。第四十五頁，共61頁。通訊模塊IM151-3的訂貨號：6ES7151-3BA23-0AB0。電源模塊PM-E的訂貨號：6ES7138-4CA50-0AB0。兩個電源分別給數(shù)字量輸入和輸出模塊供電。數(shù)字量輸入模塊ET200S-2DI，有兩個24V直流輸入端口。訂貨號：6ES7131-4BB01-0AB0。數(shù)字量輸出模塊ET200S-2DO，有兩個24V/0.5A直流輸出端口。訂貨號：6ES7132-4BB01-0AB0。第四十六頁，共61頁。二、任務要求CPU314C-2PN/DP外接按鈕SB11和SB12，當按下SB11時，ET200S的輸出端口外接指示燈HL21以1HZ頻率閃爍。當按下SB12時，HL21滅。ET200S的輸入端口外接按鈕SB21和SB22，當按下SB21時，CPU314C-2PN/DP的輸出端口外接指示燈HL11以2HZ頻率閃爍。當按下SB22時，HL11滅。第四十七頁，共61頁。三、硬件電路第四十八頁，共61頁。四、組態(tài)過程第一步組態(tài)I/O控制器。第二步組態(tài)PROFINETIO網(wǎng)絡。第三步組態(tài)I/O設備。第四十九頁，共61頁。組態(tài)I/O控制器雙擊第五十頁，共61頁。組態(tài)PROFINETIO網(wǎng)絡雙擊更名單擊分配IP地址單擊更改網(wǎng)絡名稱單擊第五十一頁，共61頁。組態(tài)PROFINETIO網(wǎng)絡第五十二頁，共61頁。組態(tài)I/O設備選中并拖拽到線上選中選中后雙擊第五十三頁，共61頁。組態(tài)I/O設備雙擊更改設備名稱單擊后更改IP地址單擊第五十四頁，共61頁。五、程序編寫端口分配輸入裝置輸入端口輸出裝置輸出端口SB11I1.0HL11