下一代现场总线新标准PROFINET

PROFINET的性能等级

PROFINET用于实现基于工业以太网的集成、一致的自动化解决方案。支持用以太网通信的简单分散式现场设备和苛求时间的应用的集成，以及基于组件的分布式自动化系统的集成。为完成这一面向各种控制对象的需求，PROFINET在通信方式上根据通信目的不同而采用3种不同的性能等级：

(1)通过TCP/UDP/IP在标准通道上发送非苛求时间的数据，例如：参数、组态数据和互连信息。这满足自动化层与其他网络（MES，ERP）的连接需求。

PROFINET使用以太网和TCP/UDP/IP 协议作为通信基础。TCP/UDP/IP 是IT领域在通信协议方面的实际上的标准。TCP/UDP/IP 提供了使以太网设备能够通过本地和分布式网络的透明通道中进行数据交换的基础。

(2)对于生产装备内苛求时间的过程数据的传输，它采用实时通道。作为基于可用控制器的软件来实现的。

在工厂自动化领域，实时应用需要刷新/响应时间范围在5~10ms 内。 经验指出，与设备中的处理时间相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太网线路上的传输时间是可以忽略不计的。在提供者的应用中可提供数据的时间是不受通信影响的。这就是说，在刷新时间以及实时响应中任何重大的改进可通过发布者和使用者通信栈的优化来达成。PROFINET 中的实时通信通道为了能满足自动化中的实时要求基于以太网（层2）。该解决方案显著地减少了通信栈所占用的运行时间，从而提高了过程数据刷新速率方面的性能。

PROFINET使用快速以太网，快速以太网中已集成全双工模式切换技术，并已进行了标准化。通过优先级优化数据传输在PROFINET中，不仅最小化了控制器中的通信栈，而且也对网络中数据的传输进行了优化。为了能在这些情况下达到一种最佳结果，在PROFINET中按照IEEE 802.1Q将这些数据包区分优先级。设备之间的数据流则由网络组件依据此优先级进行处理。优先级6是用于实时数据的标准优先级，由此也就确保了对其他应用的优先级处理。

(3)对于同步应用，PROFINET采用等时同步实时通信，它允许在时钟速率为1ms时，抖动精度为1ms。

实时通道RT解决方案对于运动控制应用还远远不够。运动控制应用要求刷新速率在1ms，100 节点的连续循环的抖动精度为1mm。为了满足这些需求，PROFINET 在快速以太网的层2 协议上已定义了时间间隔控制的传输方法IRT。通过具备上述精度的参与设备（网络组件和PROFINET设备）的时间同步化，可在网络中规定时间片，在此时间间隔内传输自动化任务所必需的关键数据。通信循环被分成两个部分，即：时间确定性部分和开放性部分。循环的实时报文在时间确定性通道中传输，而TCP/IP 报文则在开放性通道中传输。等时同步数据传输的基于硬件的实现能够获得所要求的异常重要的顺序精度要求，同时也解放了承担PROFINET 设备通信任务的处理器。这就免除了繁琐的计算，从而可为自动化任务提供解决方案。

这3种性能等级的PROFINET通信覆盖了自动化应用的全部范围。PROFINET 通信标准的特性包括以下方面：

(1)在一根通信线路上同时使用实时通信和基于TCP的IT通信。
(2)标准化的实时协议适用于所有应用、分布式系统中组件之间的通信以及控制器与分散式现场设备之间的通信。
(3)从一般性能到高性能和时间同步的可缩放的实时通信。