一、简介：
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。作为一项战略性的技术创新，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，保护现有投资。
PROFINET是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT标准和信息安全、故障安全和过程自动化。PROFINET的实时性，需要了解PROFINET的协议和工作机制。PROFINET具有RT和IRT两种等级的实时通讯。PROFINET区分两类不同性能的实时周期通讯，一种是实时（RT）通讯，主要用于工厂自动化，这一类没有时间同步要求，一般只要求响应时间为 5-10ms。另一种是等时同步实时（IRT），主要用于有苛刻时间同步要求的场合例如运动控制，电子齿轮。与此对应，PROFINET提供两类实时通讯 通道具体分为RT实时通道和IRT实时通道。另外还包括一个标准通讯通道，标准通道是使用TCP/IP协议的非实时通讯通道,主要用于设备参数化、组态和 读取诊断数据。
1、 PROFINET实时通信
根据响应时间的不同，PROFINET支持下列三种通讯方式：
1. 1TCP/IP标准通讯
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100 ms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. 2. 实时（RT）通讯
对于RT，通讯双方，按照Step7组态的各自的时钟周期内，向对方发送一次数据，实现实时的数据交换。时钟周期设置越短，实时性就越强。被发送出来的数据，交换机保证其实时性的唯一方式，就是根据PROFINET数据的QoS来转发该数据，正如胶片所描述的，PROFINET的数据可能会被延迟，延迟的最主要原因就是NRT的报文和交换机的S&F。这时PROFINET的实行性的保证就主要依赖您，工程师去考虑实际的网络拓扑结构，防止类似的情况发生。必要时，调整Update time 和看门狗时间。对于交换机，其工作方式，如胶片所说有两种，一种S&F，另一种是CT。普通交换机的工作方式使用S&F。虽然IRT的交换机的工作方式使用CT的方式，不过在网络数据发生累积时，其工作模式会转变成S&F。这样与普通交换机相同。所以使用IRT交换机在应用RT时，数据负载不能接近满负荷。
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）的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间，PROFINET实时通讯（RT）的典型响应时间是5－10ms 。PROFINET的RT通讯协议及 帧结构如图1.1和1.2。
图1.1
图1.2
3. 3. 同步实时（IRT）通讯
对于IRT，通讯双方仍然按照Step7组态的各自的时钟周期内，向对方发送一次数据，实现实时的数据交换。但是由于IRT的时钟被同步，这样IRT采用了带宽预留的方式，也就是说在这段时间内，只有IRT的数据才可以进行传输，其它数据例如TCP或IT数据或者您所举的数据、语音、图像等数据是无法在这段时间内进行传输。由于没有数据与IRT的数据争抢带宽，于是保证了IRT数据的实时性。这时，一定要选择IRT的交换机例如SCALANCE X200IRT或者选择支持IRT的设备例如ET200S PN V6.0进行相邻连接，与RT不同，因为此时IRT的交换机是IRT实时性的唯一保证。不过PROFINET IRT还有另外一个优点，如果IRT设备之间由于某些原因无法完成时钟同步，那么会以RT的方式进行通讯。在现场级通讯中，对通讯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讯需求，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。
实时通道IRT是硬实时HRT（Hardware RT） 方案，实时性是基于一个建立在快速以太网Layer2上的时间触发（time- triggered）协议，由内嵌的Switch-ASIC同步实时交换芯片保证。
这样可以进一步缩短通讯栈软件的处理时间,特别适用于高性能传输、过程 数据的等时同步传输、以及快速的时钟同步运动控制。由于基于硬件实现，IRT帧中通常无需RT帧中的IEEE802.1Q VLAN标识。 PROFINET的IRT通讯协议及帧结构如图2.1和tcpip协议转profinet2.2
图2.1
图2.2
二、PROFINET IO的实时性
1、标准以太网的帧结构
标准以太网的帧如表1所示。可以看出，一个标准以太网帧数据大小为64B～1  500 B。快速以太网（100 Mb/s）传输1 518 B数据的时间是120 μs,传输64 B数据的时间是5 μs。
PROFINET最突出的特点是它的实时性，从过程自动化到工厂自动化再到运动控制，其实时性可以满足各种各样的应用，PROFIBUS也可以实现上述的功能，不过在实时性较高的场合特别是在运动控制中，其性能与PROFINET无法相比，无法像PROFINET一样最小实时周期为250us，抖动小于1us的精度。 PROFINET另外一个突出的特点是以太网，借用以太网，
可以同时传输TCP或IT数据或者数据、语音、图像等数据，这是PROFIBUS所无法比拟的。而且由于在以太网中，诊断更加灵活，SNMP协议，HTTP协议都可以诊断PN设备，来获取诊断信息。从网络的任何一点，或者通过WLAN，随时随地访问你所需要连接的设备。另外，对于网络的扩展，PROFIBUS只能机械的增加OLM或Repeater等，而且增加的地点多为固定的，其缺点在设备增容时尤为体现。而PROFINET使用以太网的连接方式，加入交换机，插入网线连接即可。这与我们办公的局域网相似，需要增加设备的时候，只需要连接到交换机的端口即可。
基于上述原因西门子全新的S7-1200只匹配了PROFINET接口，PROFIBUS的连接只能通过IE/PB LINK PN IO进行无缝集成。
2、性能分析 ：
（1）对于PROFINET，数据传输的带宽为100Mbps。
（2）对于PROFINET，数据传输的方式为全双工。
（3）对于PROFINET，一致性数据最大为254bytes。
（4）对于PROFINET，用户数据的最大为1400bytes。
（5）对于PROFINET，设备之间的总线长度为100m。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。