工業(yè)以太網(wǎng)是當(dāng)今工業(yè)通信發(fā)展最為迅速的技術(shù)，PROFINET是真正的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)在各種不同場(chǎng)合的應(yīng)用，完成各種不同需求的控制任務(wù)。從傳輸協(xié)議角度上，PROFINET將數(shù)據(jù)分為：NRT、RT、和IRT三種不同的類(lèi)型；從應(yīng)用角度上，PROFINET分為：CBA和I/O，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的一網(wǎng)到底的革命。
PROFINET是一個(gè)整體的解決方案，它使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)，符合基于工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化體系。PROFINET能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線的無(wú)縫集成；更重要的是它在一條電纜中完成所有的事情，IT服務(wù)和TCP/IP開(kāi)放性沒(méi)有任何限制；它可以滿(mǎn)足用于所有客戶(hù)需要的統(tǒng)一的通信。現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC-61158的第10種類(lèi)型。
PROFINET的性能等級(jí)
PROFINET用于實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)的集成、一致的自動(dòng)化解決方案。支持用以太網(wǎng)通信的簡(jiǎn)單分散式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和苛求時(shí)間的應(yīng)用的集成，以及基于組件的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)的集成。為完成這一面向各種控制對(duì)象的需求，PROFINET在通信方式上根據(jù)通信目的不同而采用3種不同的性能等級(jí)：
(1)通過(guò)TCP/UDP/IP在標(biāo)準(zhǔn)通道上發(fā)送非苛求時(shí)間的數(shù)據(jù)，例如：參數(shù)、組態(tài)數(shù)據(jù)和互連信息。這滿(mǎn)足自動(dòng)化層與其他網(wǎng)絡(luò)（MES，ERP）的連接需求。
PROFINET使用以太網(wǎng)和TCP/UDP/IP 協(xié)議作為通信基礎(chǔ)。TCP/UDP/IP 是IT領(lǐng)域在通信協(xié)議方面的實(shí)際上的標(biāo)準(zhǔn)。TCP/UDP/IP 提供了使以太網(wǎng)設(shè)備能夠通過(guò)本地和分布式網(wǎng)絡(luò)的透明通道中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。
(2)對(duì)于生產(chǎn)裝備內(nèi)苛求時(shí)間的過(guò)程數(shù)據(jù)的傳輸，它采用實(shí)時(shí)通道。作為基于可用控制器的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，實(shí)時(shí)應(yīng)用需要刷新/響應(yīng)時(shí)間范圍在5~10ms 內(nèi)。 經(jīng)驗(yàn)指出，與設(shè)備中的處理時(shí)間相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太網(wǎng)線路上的傳輸時(shí)間是可以忽略不計(jì)的。在提供者的應(yīng)用中可提供數(shù)據(jù)的時(shí)間是不受通信影響的。這就是說(shuō)，在刷新時(shí)間以及實(shí)時(shí)響應(yīng)中任何重大的改進(jìn)可通過(guò)發(fā)布者和使用者通信棧的優(yōu)化來(lái)達(dá)成。PROFINET 中的實(shí)時(shí)通信通道為了能滿(mǎn)足自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)要求基于以太網(wǎng)（層2）。該解決方案顯著地減少了通信棧所占用的運(yùn)行時(shí)間，從而提高了過(guò)程數(shù)據(jù)刷新速率方面的性能。
PROFINET使用快速以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)中已集成全雙工模式切換技術(shù)，并已進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)優(yōu)先級(jí)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸在PROFINET中，不僅最小化了控制器中的通信棧，而且也對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。為了能在這些情況下達(dá)到一種最佳結(jié)果，在PROFINET中按照IEEE 802.1Q將這些數(shù)據(jù)包區(qū)分優(yōu)先級(jí)。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流則由網(wǎng)絡(luò)組件依據(jù)此優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。優(yōu)先級(jí)6是用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先級(jí)，由此也就確保了對(duì)其他應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)處理。
(3)對(duì)于同步應(yīng)用，PROFINET采用等時(shí)同步實(shí)時(shí)通信，它允許在時(shí)鐘速率為1ms時(shí)，抖動(dòng)精度為1ms。
實(shí)時(shí)通道RT解決方案對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用要求刷新速率在1ms，100 節(jié)點(diǎn)的連續(xù)循環(huán)的抖動(dòng)精度為1mm。為了滿(mǎn)足這些需求，PROFINET 在快速以太網(wǎng)的層2 協(xié)議上已定義了時(shí)間間隔控制的傳輸方法IRT。通過(guò)具備上述精度的參與設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)組件和PROFINET設(shè)備）的時(shí)間同步化，可在網(wǎng)絡(luò)中規(guī)定時(shí)間片，在此時(shí)間間隔內(nèi)傳輸自動(dòng)化任務(wù)所必需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通信循環(huán)被分成兩個(gè)部分，即：時(shí)間確定性部分和開(kāi)放性部分。循環(huán)的實(shí)時(shí)報(bào)文在時(shí)間確定性通道中傳輸，而TCP/IP 報(bào)文則在開(kāi)放性通道中傳輸。等時(shí)同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕谟布膶?shí)現(xiàn)能夠獲得所要求的異常重要的順序精度要求，同時(shí)也解放了承擔(dān)PROFINET 設(shè)備通信任務(wù)的處理器。這就免除了繁瑣的計(jì)算，從而可為自動(dòng)化任務(wù)提供解決方案。
這3種性能等級(jí)的PROFINET通信覆蓋了自動(dòng)化應(yīng)用的全部范圍。PROFINET 通信標(biāo)準(zhǔn)的特性包括以下方面：
(1)在一根通信線路上同時(shí)使用實(shí)時(shí)通信和基于TCP的IT通信。
(2)標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)時(shí)協(xié)議適用于所有應(yīng)用、分布式系統(tǒng)中組件之間的通信以及控制器與分散式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信。
(3)從一般性能到高性能和時(shí)間同步的可縮放的實(shí)時(shí)通信。
PROFINET的優(yōu)勢(shì)
PROFINET在實(shí)現(xiàn)分布式過(guò)程中采用基于組件的自動(dòng)化（CBA），PROFINET組件模型對(duì)于具備可編程功能的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備來(lái)說(shuō)非常理想。組件模型將機(jī)器或裝備的自治模塊描述為工藝技術(shù)模塊。基于工藝技術(shù)模塊而開(kāi)發(fā)的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)化了裝備和機(jī)器的模塊化設(shè)計(jì)，從而顯著地簡(jiǎn)化了裝備和機(jī)器零部件的重復(fù)使用。PROFINET在其他方面的優(yōu)勢(shì)如：
(1)Web 功能的集成：Web集成允許在以太網(wǎng)上訪問(wèn)PROFINET設(shè)備：PROFINET選擇使用已經(jīng)實(shí)踐證明的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)如： http, HTML 和XML。通過(guò)統(tǒng)一的站點(diǎn)來(lái)定義設(shè)備信息、診斷及報(bào)告功能，無(wú)需工程工具就可以方便查詢(xún)并確定差錯(cuò)。
(2)IT 集成：網(wǎng)絡(luò)管理覆蓋了在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中PROFINET 設(shè)備管理的所有功能。這包括設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)診斷。對(duì)于Web集成，PROFINET 采用基于以太網(wǎng)的技術(shù)，而且借助互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)可訪問(wèn)PROFINET 組件。
(3)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌横槍?duì)要連網(wǎng)單元的要求而定。PROFINET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆校盒切汀⒕€型、樹(shù)型和環(huán)型結(jié)構(gòu)。實(shí)際的系統(tǒng)是由混合結(jié)構(gòu)組成，可以用銅纜或光纜實(shí)現(xiàn)。
(4)網(wǎng)絡(luò)安裝：PROFINET 網(wǎng)絡(luò)安裝依據(jù)工業(yè)環(huán)境下對(duì)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特殊要求給設(shè)備制造商提供清晰的設(shè)備接口規(guī)范和布線要求。“PROFINET 安裝導(dǎo)則”給裝備制造商/操作人員提供以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安裝的簡(jiǎn)單規(guī)則。
PROFINET集成現(xiàn)場(chǎng)總線
作為下一代的現(xiàn)場(chǎng)總線，PROFINET需要能夠集成許多成熟的正在使用的現(xiàn)場(chǎng)總線。由于IT 技術(shù)的應(yīng)用，在PROFINET方案中保護(hù)投資也起著至關(guān)重要的作用。PROFINET能集成現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（例如INTERBUS、PROFIBUS），且無(wú)需修改現(xiàn)有設(shè)備。這就保護(hù)了所有投資者的現(xiàn)有投資。PROFINET可以從現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案（例如：INTERBUS、PROFIBUS DP）到基于以太網(wǎng)的PROFINET的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。
PROFINET 提供2種集成現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的方法：
(1)通過(guò)代理服務(wù)器的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備集成：在此情況下，代理服務(wù)器代表以太網(wǎng)上較低層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。采用代理服務(wù)器方案，PROFINET 提供了從現(xiàn)有設(shè)備到新安裝的設(shè)備之間的全透明轉(zhuǎn)換。
(2)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的集成：一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線段代表一個(gè)自包含的PROFINET 組件，該組件代表的是在較低層操作現(xiàn)場(chǎng)總線（如INTERBUS 、PROFIBUS DP）的PROFINET設(shè)備。由此，較低層現(xiàn)場(chǎng)總線的所有功能以組件的形式保存在代理服務(wù)器內(nèi)。然后這些功能就在以太網(wǎng)上可供使用了。
PROFINET帶來(lái)的收益
為了滿(mǎn)足所有自動(dòng)化的需求，PROFINET 還吸納了多年積累的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從一開(kāi)始就決定了PROFINET采用開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)有設(shè)備的簡(jiǎn)單處理和集成的定義。PROFINET 持續(xù)不斷的開(kāi)發(fā)為用戶(hù)帶來(lái)了長(zhǎng)遠(yuǎn)的前景。對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，采用PROFINET 可降低安裝、工程和投運(yùn)的成本。對(duì)于業(yè)主來(lái)說(shuō)，由于運(yùn)用了自適應(yīng)子單元，PROFINET 簡(jiǎn)化了裝備擴(kuò)展并提高了裝備可用性。
擁有PROFINET，作為系統(tǒng)和機(jī)械制造商：由于自適應(yīng)的模塊而具有更高的可用性；由于并行地投運(yùn)，減少了投運(yùn)時(shí)間；可管理的設(shè)備特定的詳細(xì)信息提供簡(jiǎn)化的診斷，使從設(shè)計(jì)到運(yùn)行更快捷。作為系統(tǒng)集成商：由于從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到企業(yè)管理級(jí)的開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)化的通信，可自由選擇供應(yīng)商；由于模塊化，可容易地?cái)U(kuò)展開(kāi)放的工程系統(tǒng)；由于自適應(yīng)的子系統(tǒng)，具有高度的系統(tǒng)可用性；通過(guò)集成現(xiàn)有的系統(tǒng)和設(shè)備，投資得到了保護(hù)；由于采用已認(rèn)證的設(shè)備而獲得高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
PROFINET已經(jīng)不僅僅是以太網(wǎng)，而是自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放的解決方案：
●PROFINET規(guī)定了強(qiáng)大功能，從網(wǎng)絡(luò)安裝到基于web診斷的整個(gè)自動(dòng)化解決方案的實(shí)現(xiàn)。
●PROFINET的模塊化結(jié)構(gòu)可非常容易地?cái)U(kuò)展和包含其他功能。
●PROFINET提供標(biāo)準(zhǔn)化的獨(dú)立于制造商的工程接口。它能夠方便地把各個(gè)制造商的設(shè)備和組件集成到單一系統(tǒng)中。設(shè)備之間的通信鏈接以圖形形式組態(tài)，無(wú)需編程。
