3.3.2 PROFINET简介
1.PROFINET实时通信
根据响应时间的不同,PROFINET支持下列三种通信方式:
(1)TCP/IP标准通信
PROFINET基于工业以太网技术,使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP是IT领域关于通信协议方面事实上的标准,尽管其响应时间大概在100ms的量级,不过对于工厂控制级的应用来说,这个响应时间就足够了。
(2)实时(RT)通信
对于传感器和执行器设备之间的数据交换,系统对响应时间的要求更为严格,因此PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层(Layer 2)的实时通信通道,通过该实时通道,极大地减少了数据在通信栈中的处理时间,PROFINET实时通信(RT)的典型响应时间是5~10ms。
(3)同步实时(IRT)通信
在现场级通信中,对通信实时性要求最高的是运动控制(Motion Control),PROFINET的同步实时(Isochronous Real-Time,IRT)技术可以满足运动控制的高速通信需求,在100个节点下,其响应时间要小于1ms,抖动误差要小于1μs,以此来保证及时的、确定的响应。
2.PROFINET分布式现场设备
这部分内容在3.3.3节会做详细的介绍。
3.PROFINET运动控制
通过PROFINET的同步实时(IRT)功能,可以轻松地实现对伺服运动控制系统的控制。
在PROFINET同步实时通信中,每个通信周期被分成两个不同的部分,一个是循环的、确定的部分,称之为实时通道;另外一个是标准通道,标准的TCP/IP数据通过这个通道传输。
在实时通道中,为实时数据预留了固定循环间隔的时间窗,而实时数据总是按固定的次序插入,因此,实时数据就在固定的间隔被传送,循环周期中剩余的时间用来传递标准的TCP/IP数据。两种不同类型的数据就可以同时在PROFINET上传递,而且不会互相干扰。通过独立的实时数据通道,保证对伺服运动系统的可靠控制。
4.PROFINET与分布式自动化
这部分内容在3.3.4节会做详细的介绍。
5.PROFINET网络安装
PROFINET支持除星形、总线型和环形拓扑结构。为了减少布线费用,并保证高度的可用性和灵活性,PROFINET提供了大量的工具帮助用户方便地实现PROFINET的安装。特别设计的工业电缆和耐用连接器满足EMC和温度要求,并且在PROFINET框架内形成标准化,保证了不同制造商设备之间的兼容性。
6.PROFINET IT标准与网络安全
PROFINET的一个重要特征就是可以同时传递实时数据和标准的TCP/IP数据。在其传递TCP/IP数据的公共通道中,各种业已验证的IT技术都可以使用(如http、HTML、SNMP、DHCP和XML等)。在使用PROFINET的时候,我们可以使用这些IT标准服务加强对整个网络的管理和维护,这意味着调试和维护中的成本的节省。
PROFINET实现了从现场级到管理层的纵向通信集成,一方面方便管理层获取现场级的数据,另一方面原本在管理层存在的数据安全性问题也延伸到了现场级。为了保证现场级控制数据的安全,PROFINET提供了特有的安全机制,通过使用专用的安全模块,可以保护自动化控制系统,使自动化通信网络的安全风险最小化。
7.PROFINET故障安全
在过程自动化领域中,故障安全是相当重要的一个概念。所谓故障安全,即指当系统发生故障或出现致命错误时,系统能够恢复到安全状态(即“零”态),在这里,安全有两个方面的含义,一方面是指操作人员的安全,另一方面是指整个系统的安全,因为在过程自动化领域中,系统出现故障或致命错误时很可能会导致整个系统的爆炸或毁坏。故障安全机制就是用来保证系统在故障后可以自动地恢复到安全状态,不会对操作人员和过程控制系统造成损害。
PROFINET集成了PROFISafe行规,实现了IEC61508中规定的SIL3等级的故障安全,很好地保证了整个系统的安全。
8.PROFINET与过程自动化
PROFINET不仅可以用于工厂自动化场合,也同时面对过程自动化的应用。工业界针对工业以太网总线供电,及以太网应用在本质安全区域问题的讨论正在形成标准或解决方案。PROFIBUS国际组织计划在2006年的时候会提出PROFINET进入过程自动化现场级应用方案。
通过代理服务器技术,PROFINET可以无缝地集成现场总线PROFIBUS和其他总线标准。今天,PROFIBUS是世界范围内唯一可覆盖从工厂自动化场合到过程自动化应用的现场总线标准。集成PROFIBUS现场总线解决方案的PROFINET是过程自动化领域应用的完美体验。
作为国际标准IEC61158的重要组成部分,PROFINET是完全开放的协议,PROFIBUS国际组织的成员公司在2004年的汉诺威展览会上推出了大量的带有PROFINET接口的设备,为PROFINET技术的推广和普及起到了积极的作用。随着时间的流逝,作为面向未来的新一代工业通信网络标准,PROFINET必将为您和您的自动化控制系统带来更大的收益和便利。