实时通讯

详解PROFINET通讯协议

基本介绍

PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUSInternational，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与⾃动化

随着现场设备智能程度的不断提⾼，⾃动化控制系统的分散程度也越来越⾼。⼯业控制系统正由分散式⾃动化向分布式

⾃动化演进，因此，基于组件的⾃动化（ComponentBadAutomation，CBA）成为新兴的趋势。⼯⼚中的相关的机

械部件、电⽓/电⼦部件和应⽤软件等具有独⽴⼯作能⼒的⼯艺模块抽象成为⼀个封装好的组件，各组件间使⽤

PROFINET连接。通过SIMATICiMap软件，即可⽤图形化组态的⽅式实现各组件间的通讯配置，不需要另外编程，⼤

⼤简化了系统的配置及调试过程。

通过模块化这⼀成功理念，可以显著降低机器和⼯⼚建设中的组态与上线调试时间。在使⽤分布式智能系统或可编程现

场设备、驱动系统和I/O时，还可以扩展使⽤模块化理念，从机械应⽤扩展到⾃动化解决⽅案。另外，也可以将⼀条⽣产

线的单个机器作为⽣产线或过程中的⼀个"标准模块"进⾏定义。作为设备与⼯⼚设计者，⼯艺模块化能够更容易、更好

地对您的设备与系统进⾏标准化和再利⽤。使您能够对不同的客户要求更快、更具灵活性地作出反应。您可以对各台设

备和⼚区提前进⾏预先测试--极⼤地缩短系统上线调试阶段。作为系统操作者，从现场设备到管理层，你都可以从IT标

准的通⽤通讯中获得好处。对现有系统进⾏扩展也很容易。

实时通信

根据响应时间的不同，PROFINET⽀持下列三种通讯⽅式。

TCP/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。

实时（RT）通讯

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，⼤概需要5－10ms的响应时间。⽬前，可

以使⽤现场总线技术达到这个响应时间，如PROFIBUSDP。

对于基于TCP/IP的⼯业以太⽹技术来说，使⽤标准通信栈来处理过程数据包，需要很可观的时间，因此，PROFINET

提供了⼀个优化的、基于以太⽹第⼆层（Layer2）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，因此，PROFINET获得了等同、甚⾄超过传统现场总线系统的实时性能。

同步实时（IRT）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（MotionControl），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。

PROFINET

分布式现场设备

通过集成PROFINET接⼝，分布式现场设备可以直接连接到PROFINET上。

对于现有的现场总线通讯系统，可以通过代理服务器实现与PROFINET的透明连接。例如，通过IE/PB

Link（PROFINET和PROFIBUS之间的代理服务器）可以将⼀个PROFIBUS⽹络透明的集成到PROFINET当

中，PROFIBUS各种丰富的设备诊断功能同样也适⽤于PROFINET。对于其他类型的现场总线，可以通过同样的⽅

式，使⽤⼀个代理服务器将现场总线⽹络接⼊到PROFINET当中。

运动控制

通过PROFINET的同步实时（IRT）功能，可以轻松实现对伺服运动控制系统的控制。

在PROFINET同步实时通讯中，每个通讯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。

⽹络安装

PROFINET⽀持除星形、总线形和环形拓扑结构。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的实现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。

安全

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讯集成，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，使⾃动化通讯⽹络的安全风险最⼩化。

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，很好的保证了整个系统的安全。

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的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可以⽆缝的集成现场总线PROFIBUS和其它总线标准。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

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讯⽹络标准，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。