PROFINET 总线介绍

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。

特点

实时通信

根据响应时间的不同，PROFINET 支持下列三种通信方式：

• TCP/IP 标准通信：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实施上的标准，尽管其响应时间大约在 100ms 的量级，但对于工厂控制级的应用可以满足要求。

• 实时（RT）通信：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，大约需要 5～10ms 的响应时间。PROFINET 提供了一个优化的、基于以太网第二层（Layer 2）的实时通信通道，通过该实时通道可极大减少数据在通信栈中的处理时间，使 PROFINET 获得等同甚至超过传统现场总线系统的实时性能。

• 同步实时（IRT）通信：在现场级通信中，对通信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信需求，在 100 个节点下其响应时间要小于 1ms，抖动误差要小于 1μs，以此来保证及时可靠的响应。

多场景应用

• 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，对于现有的现场总线通信系统，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 网络透明地集成到 PROFINET 当中，PROFIBUS 各种丰富的设备诊断功能同样也适用 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 同步实时通信中，每个通信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，因此实时数据将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可同时在 PROFINET 上传递，且不会互相干扰。

• 过程自动化：PROFINET 不仅可用于工厂自动化场合，也可用于过程自动化的应用。通过代理服务器技术，PROFINET 可以无缝地集成现场总线 PROFIBUS 和其它总线标准。同时 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 IEC 61158 的重要组成部分，PROFINET 是完全开放的协议，是面向未来的新一代工业通信网络标准，将为自动化控制系统带来更大的收益和便利。

网络安装

PROFINET 支持星型、线型和树型拓扑结构。为了减少布线费用，并保证高度的可用性和灵活性，PROFINET 提供大量的工具帮助用户方便地实现 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，保证不同制造商设备之间的兼容性。

安全性

标准与网络安全

PROFINET 的一个重要特征为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，各种业内已验证的 IT 技术均可使用（如 HTTP、HTML、SNMP、DHCP 和 XML 等）。PROFINET 实现从现场级到管理层的纵向通信集成，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现场级。为保证现场级控制数据的安全，PROFINET 提供特有的安全机制，通过使用专用的安全模块，可以保护自动化控制系统，使自动化通信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。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）。安全包含两个方面的含义，一方面指操作人员的安全；另一方面指整个系统的安全。PROFINET 集成 PROFIsafe 行规，实现 IEC 61508 中规定的 SIL3 等级的故障安全，极大地保证整个系统的安全。

通信规格

项目	规格
基础规格
输入 PDO 数据量	最大 1440 Byte
输出 PDO 数据量	最大 1440 Byte
通信模式	RT 模式
最小通信周期	1ms
I&M 数据	I&M0 到 I&M3
PROFINET 版本	V2.3
扩展能力
最大扩展模块数	2.2.0.0 以下版本：最大 16 个；2.2.0.0 及以上版本：最大 32 个
物理层
PROFINET 接口数量	2 个
PROFINET 交换机功能	支持组网功能
开放式 IE 支持	支持普通以太网协议，例如 TCP/IP、SNMP、LLDP
报警/诊断/状态信息	支持，本地支持错误码上传到 PLC
物理层	100BASE-TX
通信速率	10Mbit/s（标准以太网）、100Mbit/s（PROFINET）
通信方式	全双工
拓扑结构	支持线型、星型、树型
传输媒介	超五类及以上
传输距离	两节点间小于 100 米
IO 服务
优先启动	支持
MRP	支持
端口禁用	支持
更换设备时无需配置	支持（同类型的 PN 模块）
本体恢复出厂设置	支持
模块恢复出厂设置	不支持
本体固件升级	支持

说明：每个 PROFINET 通信接口模块可组态的最大模块数有限制（实际扩展模块数量与子模块数量之和），超出限制时通信接口模块将掉线无法运行。具体限制请参阅对应产品手册。

典型拓扑结构

本节提供 PROFINET 典型网络拓扑示例，包括线型、星型和树型拓扑结构：

线型

星型

树型