3.1.1-智能制造ProfiNet IO通信

ProfiNetIO通信一、以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)及ProfiNet的區(qū)別二、ProfiNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三、ProfiNetIO系統(tǒng)基本組件四、ProfiNet在現(xiàn)場設(shè)備的移植1/12ProfiNetIO通信

ProfiNet是由PROFIBUS國際組織（PROFIBUSInternational，PI）推出，是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)。ProfiNet為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，包括實(shí)時通信、分布式現(xiàn)場設(shè)備、運(yùn)動控制、分布式自動化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和過程自動化8個當(dāng)前自動化領(lǐng)域的內(nèi)容。實(shí)時通信分布式現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)動控制分布式自動化網(wǎng)絡(luò)安裝IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全故障安全過程自動化2/12一以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)及ProfiNet的區(qū)別以太網(wǎng)是一種基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，以太網(wǎng)不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，而是一種技術(shù)規(guī)范。該技術(shù)規(guī)范主要定義了在局域網(wǎng)（LAN）中采用的電纜類型和信號處理方法等內(nèi)容。工業(yè)以太網(wǎng)則通常是指應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，由于其主要面向工業(yè)生產(chǎn)控制的，因此工業(yè)以太網(wǎng)對數(shù)據(jù)的實(shí)時性、確定性、可靠性等有著極高的要求。3/12二ProfiNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆卸喾N形式，ProfiNet網(wǎng)絡(luò)支持包括線形在內(nèi)的星型、樹型、總線型、環(huán)形和混合型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?。星形星形線形4/12二ProfiNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（1）線形（總線型）所有通信設(shè)備連接在一個線形總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上。在ProfiNet中，線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過已集成在ProfiNet設(shè)備中的交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)。因此，ProfiNet中的線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅僅是樹形或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種特殊形式。如果一個連接元件（例如交換機(jī)）發(fā)生故障，則通過該故障連接元件建立的通信無法再進(jìn)行下去，然后網(wǎng)絡(luò)被分成2個子區(qū)段。線形總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要的接線工作最少。（2）星形如果將通信設(shè)備連接到具有兩個以上ProfiNet端口的交換機(jī)，將會自動創(chuàng)建星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與其它結(jié)構(gòu)不同，星形結(jié)構(gòu)中的單個ProfiNet設(shè)備發(fā)生故障不會自動導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障。僅當(dāng)交換機(jī)發(fā)生故障時部分通信網(wǎng)絡(luò)才會發(fā)生故障。5/12二ProfiNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（3）樹形如果將若干星形結(jié)構(gòu)互連，則可獲得樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一個交換機(jī)可以作為一個星形網(wǎng)絡(luò)的分配器，交換機(jī)基于地址進(jìn)行信息路由，實(shí)現(xiàn)相互間的通信。使用樹形網(wǎng)絡(luò)，可以把復(fù)雜的系統(tǒng)分割成獨(dú)立的幾個部分。由于樹形網(wǎng)絡(luò)局部的數(shù)據(jù)通信可以限制在單一的星形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，所以整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)安全性高，網(wǎng)絡(luò)層次清晰，可靠性也很高。6/12二ProfiNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（4）環(huán)形環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)具有冗余功能，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)所傳輸?shù)男畔凑展潭ǖ姆较?，從一個站點(diǎn)傳遞到下一個站點(diǎn)，所以需要一種特殊機(jī)制保證環(huán)中至少有一個網(wǎng)絡(luò)組建在邏輯上仍然將環(huán)當(dāng)做一條總線，這種網(wǎng)絡(luò)組件就是具有冗余管理器的交換機(jī)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)斷點(diǎn)時，在一定時間內(nèi)冗余管理器可以重新配置網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)通信方向改變。7/12三ProfiNetIO系統(tǒng)基本組件作為ProfiNet的一部分，ProfiNetIO是用于實(shí)現(xiàn)模塊化、分布式應(yīng)用的通信概念。傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等裝置通過I/O設(shè)備（IO-Device）連接到網(wǎng)絡(luò)中，通過多個節(jié)點(diǎn)的并行數(shù)據(jù)傳輸可更有效地使用網(wǎng)絡(luò)。ProfiNetIO以交換式以太網(wǎng)全雙工操作和100Mbit/s帶寬為基礎(chǔ)。PG/PCS7-1500HMIET200S遠(yuǎn)程IOS7-300ProfiNetProfiNetIO系統(tǒng)8/12三ProfiNetIO系統(tǒng)基本組件ProfiNetIO控制器指用于對連接的IO設(shè)備進(jìn)行尋址的設(shè)備。這意味著IO控制器將與相應(yīng)的現(xiàn)場IO設(shè)備交換輸入和輸出信號。IO控制器通常是運(yùn)行自動化程序的控制器。ProfiNetIO設(shè)備指IO控制器支配的分布式現(xiàn)場設(shè)備（例如遠(yuǎn)程IO、閥終端、變頻器和交換機(jī)），主要作用為連接現(xiàn)場分散的檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)；傳遞現(xiàn)場采集的各類數(shù)據(jù)，傳遞執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指令。單個IO設(shè)備只能分配給一個確定的IO控制器。ProfiNetIO監(jiān)控器指用于調(diào)試和診斷的編程設(shè)備、PC或HMI設(shè)備。9/12三ProfiNetIO系統(tǒng)基本組件圖中設(shè)備對應(yīng)組件參數(shù)及功能S7-1500IO控制器用于對連接的IO設(shè)備進(jìn)行尋址的設(shè)備，IO控制器與現(xiàn)場設(shè)備交換輸入、輸出信號S7-300下層IO控制器二級控制器PG/PCIO監(jiān)控器用于調(diào)試和診斷的PG/PC/HMI設(shè)備ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)HMI人機(jī)界面用于操作和監(jiān)視功能的設(shè)備ET200s遠(yuǎn)程IOIO設(shè)備分配給其中一個IO控制器的分布式現(xiàn)場設(shè)備10/12三ProfiNetIO系統(tǒng)基本組件下層IO控制器（如S7-300），即是上層IO控制器的IO設(shè)備，又作為下層IO設(shè)備的IO控制器。下層IO控制器將采集的數(shù)據(jù)由用戶程序進(jìn)行處理，并可與上層IO控制器間發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。11/12四ProfiNet在現(xiàn)場設(shè)備的移植PROFInet使用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議作為通信基礎(chǔ)，用于以太網(wǎng)設(shè)備通過面向連接和安全的傳輸通道在本地和分布式網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如下圖，先將GSD文件輸入到工程組態(tài)軟件中（過程①），然后在軟件中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的組態(tài)，并將其下載至控制器中（