隨著以太網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展及它的80%的*和現(xiàn)場總線的明顯缺陷，促使工控領(lǐng)域的各大廠商紛紛研發(fā)出適合自己工控產(chǎn)品且兼容性強(qiáng)的工業(yè)以太網(wǎng)。其中應(yīng)用廣泛的工業(yè)以太網(wǎng)之一是德國西門子公司研發(fā)的SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)。它提供了開放的，適用于工業(yè)環(huán)境下各種控制級別的不同的通信系統(tǒng)，這些通信系統(tǒng)均基于國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，符合ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型。SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)主要體系結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)絡(luò)硬件，網(wǎng)絡(luò)部件，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通行處理器和SIMATIC NET軟件等部分組成。
一、根據(jù)響應(yīng)時間的不同，PROFINET支持下列三種通訊方式：
1.實(shí)時（RT）通訊
對于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求更為嚴(yán)格，因此，PROFINET提供了一個優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層（Layer2）的實(shí)時通訊通道，通過該實(shí)時通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時間，PROFINET實(shí)時通訊（RT）的典型響應(yīng)時間是5－10ms。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)也包含在網(wǎng)絡(luò)的同步過程之中，即交換機(jī)。同步的的交換機(jī)在PROFINET概念中占有十分重要的位置，在傳統(tǒng)的交換機(jī)中，要傳遞的信息必定在交換機(jī)中延遲一段時間，直到交換機(jī)翻譯出信息的目的地址并轉(zhuǎn)發(fā)該信息為止。這種基于地址的信息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制會對數(shù)據(jù)的傳送時間產(chǎn)生不利的影響。為了解決這個問題，PROFINET在實(shí)時通道中使用一種優(yōu)化的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)。
2.TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊
PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP是IT領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，盡管其響應(yīng)時間大概在100ms的量級，不過，對于工廠控制級的應(yīng)用來說，這個響應(yīng)時間就足夠了。
3.等時同步實(shí)時（IRT）通訊
在現(xiàn)場級通訊中，對通訊實(shí)時性要求的是運(yùn)動控制（MotionControl），PROFINET的等時同步實(shí)時（IsochronousReal-Time,IRT）技術(shù)可以滿足運(yùn)動控制的高速通訊需求，在100個節(jié)點(diǎn)下，其響應(yīng)時間要小于1ms，抖動誤差要小于1μs，以此來保證及時的、確定的響應(yīng)。
注：目前西門子工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)都為實(shí)時（RT）通訊交換機(jī)，其中的200系列里面有一部分是等時同步（IRT）通訊交換機(jī)。[page]
4.2 PROFINET的等時同步實(shí)時（IsochronousReal-Time,IRT）技術(shù)。
對于PROFINET網(wǎng)絡(luò)，為了保證高質(zhì)量的等時通訊，所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)必須很好的實(shí)現(xiàn)同步。這樣才能保證數(shù)據(jù)在精確相等的時間間隔內(nèi)被傳輸，網(wǎng)絡(luò)上的所有站點(diǎn)必須通過精確的時鐘同步以實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時以太網(wǎng)。例如：通過規(guī)律的同步數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)通訊循環(huán)的同步，其精度可以達(dá)到微秒級。這個同步過程可以精確的記錄其所控制的系統(tǒng)的所有時間參數(shù)，因此能夠在每個循環(huán)的開始實(shí)現(xiàn)非常精確的時間同步。這么高的同步水平單純靠軟件是無法實(shí)現(xiàn)的，想要獲得這么高精度的同步實(shí)時，必須依靠網(wǎng)絡(luò)第二層中硬件的支持，即西門子IRT等時實(shí)時ASIC芯片。
每個通訊周期被分成兩個不同的部分，一個是循環(huán)的、確定的部分，稱之為實(shí)時通道；另外一個是標(biāo)準(zhǔn)通道，標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)通過這個通道傳輸。
在實(shí)時通道中，為實(shí)時數(shù)據(jù)預(yù)留了固定循環(huán)間隔的時間窗，而實(shí)時數(shù)據(jù)總是按固定的次序插入，因此，實(shí)時數(shù)據(jù)就在固定的間隔被傳送，循環(huán)周期中剩余的時間用來傳遞標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)。兩種不同類型的數(shù)據(jù)就可以同時在PROFINET上傳遞，而且不會互相干擾，實(shí)現(xiàn)了PROFINET技術(shù)對以太網(wǎng)技術(shù)的兼容。基于普通以太網(wǎng)技術(shù)的各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，如SNMP、HTML等，也同樣可以在PROFINET上運(yùn)行。用戶在獲得高性能的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)的同時，還可以享受以太網(wǎng)技術(shù)和IT技術(shù)帶來的便利。
由于實(shí)時數(shù)據(jù)在確定的時刻以確定的順序發(fā)送，因此，在交換機(jī)中建立一個時間表格，通過該時間表格，交換機(jī)就可以知道在什么時間來傳送實(shí)時信息，信息的轉(zhuǎn)發(fā)幾乎沒有延時。如果有發(fā)生沖突的危險(xiǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP信息就暫時保存在交換機(jī)中，在下個開放通訊周期再發(fā)送。通過使用這種機(jī)制，很好的保證了系統(tǒng)響應(yīng)時間。例如：使用PROFINET構(gòu)建的實(shí)時通訊網(wǎng)絡(luò)可以在1ms的時間周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對100多個軸的控制，其抖動誤差小于1μs，很好的滿足了運(yùn)動控制對通訊實(shí)時性的要求。
文章摘自網(wǎng)絡(luò)
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