物联网通信协议–PROFINET

概述

PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。它是一种基于以太网的技术，因此具有和标准以太网相同的一些特性如全双工、多种拓扑结构等，其速率可达百兆或千兆。另外它也有自己的独特之处，如：能实现实时的数据交换，是一种实时以太网；与标准以太网兼容，可一同组网；能通过代理的方式无缝集成现有的现场总线等。

PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术。PROFINET 与办公室以太网完全兼容，并利用了办公室以太网的所有功能。然而，存在差异，办公室以太网无法为工业自动化提供实时性能。办公以太网也不太能承受恶劣的工业环境

什么是PROFIBUS

现场总线的优点包括能够通过单根电缆或“总线”连接多个设备。仅此一个因素就可以将设计、工程、调试和维护成本降低多达 40%。“数字化”的更高准确性也意味着生产速度和质量的大幅提高，而更好的诊断使现场总线连接的生产线能够从先进的资产管理技术中受益。现场总线还可以提供当前自动化环境所需的实时性能
PROFIBUS是世界上使用最广泛的现场总线，于1989年由BMBF（德国教育和研究部）首次推广，然后由西门子使用，并根据IEC61158进行了标准化。它得到了全球 1400 多家设备供应商的支持。单一标准化方法意味着用户拥有广泛的供应商和产品选择，这些因素鼓励更高的性能和更低的成本。支持现场总线的工厂还可以向监控系统提供更多更好的数据，以支持整个企业改进的管理策略。PROFIBUS是是自动化技术中现场总线通信的协议标准。

PROFINET主要特点

1. 凭借其集成的、基于以太网的通信，PROFINET满足了从数据密集型参数分配到极快的I/O数据传输的广泛要求。因此，PROFINET实现了实时自动化并提供了与IT级别的直接接口。
2. PROFINET 是一种“交换”网络，当存在全双工连接时，传输速率为 100 Mbps。PROFINET 根据 IEEE 标准 100% 兼容以太网，并由于其灵活的线路、环形和星形结构以及铜缆和光纤电缆解决方案，可适应现有工厂的情况。PROFINET网络能够适应应用的通信需求。PROFINET节省了昂贵的定制解决方案，并实现了与WLAN和蓝牙的无线通信。
3. 在所有应用中，通信都通过同一根电缆进行，从简单的控制任务到要求苛刻的运动控制应用。对于高精度闭环控制任务，可以确定性和同步传输抖动为1μs的时间关键型过程数据。
4. PROFINET 集成了自动响应冗余解决方案和智能诊断概念。非循环诊断数据传输提供有关网络和设备状态的重要信息，包括网络拓扑的显示。介质和系统冗余的定义概念显著提高了工厂的可用性。
5. PROFIBUS久经考验的PROFIsafe安全技术也可在PROFINET获得。使用相同的电缆进行标准和安全相关通信的能力节省了设备、工程和设置。
6. 自2004年推出以来，PROFINET技术已被所有工业领域的众多公司使用-无论是与INTERBUS等现场总线系统的组合还是作为独立解决方案

发展历史

• PI成立于PROFIBUS国际，其根源可以追溯到1987年PROFIBUS的开始。
• 2002年，PROFINET CBA（Component Based Automation）成为国际标准IEC 61158 / IEC 61784-1的一部分，Profinet CBA背后的基本思想是，在许多情况下，可以将整个自动化系统划分为自主操作的 – 因此可管理的 – 子系统
• 2003年，第一个Profinet IO（IO =输入 输出）发布。Profibus DP（Decentralized Periphery 分散式外围设备）的应用接口在市场上取得了成功，并得到了互联网当前协议的补充
• 2004年，具有同步传输的扩展随之而来，这使得Profinet IO适用于运动控制应用
• 2006年，Profinet IO成为国际标准IEC 61158 / IEC 61784-2的一部分
• 2019年，Profinet的规范与TSN（Time-Sensitive Networking）一起完成，这些标准定义了通过确定性以太网传输数据的时间敏感型机制

PI（PROFIBUS International）是历史最悠久，规模最大的现场总线组织，目前有1400名成员。PI由全球25个区域PI协会（RPA）组成，拥有32个能力中心和7个经过认证的测试实验室除了PROFINET外，PI还支持最大的现场总线节点安装基础PROFIBUS

协议架构

PROFINET 通信渠道

我们在日常工作沟通中有不同的方式，一类是与我们与同伴在一个项目中朝夕相处，我们互相很了解对方现在所处的情景，因此在沟通中我们可能以很简短的语言来发送短信或邮件；但是如果我们面对的是一个上两级或其他部门的同事，我们互相其实不知道对方在做什么，因此在交流的时候需要有一个主题，我们的沟通必须包含很多这样的背景信息和资料。

类似人类沟通一样，PROFINET有两种不同的沟通渠道，一种用于与与您共享一些共同“上下文”（RT）的对等方进行通信，另一种用于与与您共享太多“上下文”的人（NRT）进行通信

实时 （RT） 通道，引入了一种基于软件的实时方法，并将周期时间缩短到大约10ms

非实时 （NRT） 频道，通过代理提供对专业接入网的接入，通过调用TCP/IP的远程程序桥接以太网和宝菲布斯。其循环时间约为 100 ms，主要用于参数数据和循环 I/O。典型应用包括基础设施和楼宇自动化。

同步传输实时 （IRT） 通道：是同步的实时技术，需要特殊的硬件将周期时间缩短到 1 毫秒以下，以便在实时工业以太网上为运动控制操作提供足够的性能

PROFINET 设备类型

相关资源

• PROFIBUS & PROFINET International (PI)
• PROFINET Technology Page
• PROFIBUS International
• PROFINET University
• PROFIsafe web portal
• p-net – 一个开源的PROFINET设备堆栈
• PROFINET系统描述及应用（PDF)