現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程

1、2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua1本章內(nèi)容本章內(nèi)容 1. 概述概述2. 以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和IEEE802.33. 因特網(wǎng)與因特網(wǎng)與TCP/IP4. 工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)5. PROFINET 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua21. 概述概述n 關(guān)于關(guān)于IEC61158標(biāo)準(zhǔn)缺陷問題的爭論標(biāo)準(zhǔn)缺陷問題的爭論n 為什么會想到以太網(wǎng)和為什么會想到以太網(wǎng)和TC/PIP？l 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛l 廉價廉價n 對工業(yè)以太網(wǎng)的看法對

2、工業(yè)以太網(wǎng)的看法 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua39.1 以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和IEEE802.31. 以太網(wǎng)的產(chǎn)生以太網(wǎng)的產(chǎn)生n起源：起源：上世紀(jì)上世紀(jì)60年代后期到年代后期到70年代早期，夏威夷大學(xué)的年代早期，夏威夷大學(xué)的Norman Abramson開發(fā)出開發(fā)出ALOHA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)l爭用技術(shù)，無沖突處理措施爭用技術(shù)，無沖突處理措施n70年代中期，年代中期，Xerox、Intel、Dec在在PARC開發(fā)出一種基開發(fā)出一種基于于ALOHA的的LAN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)lCSMA/CDlEth

3、er的來歷的來歷n1980年，年， DIX聯(lián)盟第聯(lián)盟第1個版本個版本DIX1.0n1982年，年， DIX聯(lián)盟第聯(lián)盟第2個版本個版本DIX2.0nIEEE802子委員會子委員會IEEE802.3的的IEEE802.3規(guī)范規(guī)范n實際情況實際情況 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua49.1 以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和IEEE802.31. 以太網(wǎng)的物理層以太網(wǎng)的物理層n命名原則命名原則信號速率（信號速率（Mbit/s）帶寬（基帶或?qū)拵В╅L度（米）或電纜類型）帶寬（基帶或?qū)拵В╅L度（米）或電纜

4、類型 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua59.1 以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和IEEE802.31.以太網(wǎng)的物理層以太網(wǎng)的物理層n基帶傳輸基帶傳輸 是指在一條線上只有一個信道，所有的數(shù)據(jù)傳輸只能使用是指在一條線上只有一個信道，所有的數(shù)據(jù)傳輸只能使用這個信道，基帶采用這個信道，基帶采用MANCHESTER編碼。編碼。n10BASE5是最早也是最經(jīng)典的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是最早也是最經(jīng)典的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) n1990年發(fā)布的年發(fā)布的10BASE-T是以太網(wǎng)發(fā)展史上的一個里程碑，它在雙絞是以太網(wǎng)發(fā)展史上的一個里

5、程碑，它在雙絞線上實現(xiàn)了線上實現(xiàn)了10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸。的數(shù)據(jù)傳輸。 n1992年發(fā)布的年發(fā)布的10BASE-F系列以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是光纖。系列以太網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)是光纖。 n1995年通過了快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)年通過了快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u 。n1998年開始陸續(xù)發(fā)布了吉位（千兆位）以太網(wǎng)年開始陸續(xù)發(fā)布了吉位（千兆位）以太網(wǎng)1000BASE系列，從系列，從2002年開始陸續(xù)發(fā)布了萬兆以太網(wǎng)年開始陸續(xù)發(fā)布了萬兆以太網(wǎng)10GBASE系列。系列。 n大多數(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)都是基于快速以太網(wǎng)技術(shù)而開發(fā)的?？刂凭W(wǎng)大多數(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)都是基于快速以太網(wǎng)技術(shù)而開發(fā)的。控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域一

6、般都是百兆以太網(wǎng)。絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域一般都是百兆以太網(wǎng)。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua69.1 以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和IEEE802.31. 以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層n以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層分為媒體訪問控制（以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層分為媒體訪問控制（MAC）子層和）子層和邏輯鏈路控制（邏輯鏈路控制（LLC）子層。）子層。nMAC 其任務(wù)是解決網(wǎng)絡(luò)上的所有的節(jié)點共享一個信道所其任務(wù)是解決網(wǎng)絡(luò)上的所有的節(jié)點共享一個信道所帶來的信道爭用問題；帶來的信道爭用問題；nLLC 其任務(wù)是把要傳輸

7、的數(shù)據(jù)成幀，并且解決差錯控制其任務(wù)是把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)成幀，并且解決差錯控制和流量控制的問題，從而在不可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠和流量控制的問題，從而在不可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。的數(shù)據(jù)傳輸。n介質(zhì)訪問方式是介質(zhì)訪問方式是CSMA/CD 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua79.1 以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和IEEE802.31. 解決以太網(wǎng)競爭問題和提高服務(wù)質(zhì)量的措施解決以太網(wǎng)競爭問題和提高服務(wù)質(zhì)量的措施n目的目的 以太網(wǎng)技術(shù)用到工業(yè)自動化領(lǐng)域必須解決它固有的以太網(wǎng)技術(shù)用到工業(yè)自動化

8、領(lǐng)域必須解決它固有的擁塞、競爭等問題。擁塞、競爭等問題。n全雙工以太網(wǎng)（全雙工以太網(wǎng)（fullduplex Ethernet） l連接到交換機的每一個節(jié)點都有它自己的專用網(wǎng)段。連接到交換機的每一個節(jié)點都有它自己的專用網(wǎng)段。lUTP中的一對用于傳輸數(shù)據(jù)，一對用于監(jiān)聽沖突。全雙工節(jié)點可中的一對用于傳輸數(shù)據(jù)，一對用于監(jiān)聽沖突。全雙工節(jié)點可以同時傳輸和接收數(shù)據(jù)。以同時傳輸和接收數(shù)據(jù)。n數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)（數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)（data prioritization） l數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)涉及到為數(shù)據(jù)幀分配優(yōu)先級數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)涉及到為數(shù)據(jù)幀分配優(yōu)先級 IEEE802.1q n服務(wù)質(zhì)量（服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，

9、QoS） l為具體的傳輸建立確定的參數(shù)（確定性問題），保證傳輸延時為具體的傳輸建立確定的參數(shù)（確定性問題），保證傳輸延時（即等待時間）是可預(yù)測和有保障的。（即等待時間）是可預(yù)測和有保障的。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua89.2 因特網(wǎng)與因特網(wǎng)與TCP/IP1. 概述概述n因特網(wǎng)的發(fā)展歷程因特網(wǎng)的發(fā)展歷程l1969年，最早的因特網(wǎng)年，最早的因特網(wǎng)ARPANET；l20世紀(jì)世紀(jì)80年代，因特網(wǎng)年代，因特網(wǎng)NSFNET；l20世紀(jì)世紀(jì)90年代以后，商業(yè)因特網(wǎng)。年代以后，商業(yè)因特

10、網(wǎng)。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua99.2 因特網(wǎng)與因特網(wǎng)與TCP/IP1. 概述概述nTCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol）l實質(zhì)實質(zhì) 為了解決網(wǎng)絡(luò)互連的問題，人們制定了一系列的協(xié)議，其中為了解決網(wǎng)絡(luò)互連的問題，人們制定了一系列的協(xié)議，其中最重要的協(xié)議就是最重要的協(xié)議就是TCP/IP，TCP/IP表示傳輸控制協(xié)議表示傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)因特網(wǎng)協(xié)議。規(guī)范地說，議。規(guī)范地說，TCP/IP實際上是一個

11、龐大的協(xié)議族，它不僅包括實際上是一個龐大的協(xié)議族，它不僅包括網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的協(xié)議，也包括應(yīng)用層的一些協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的協(xié)議，也包括應(yīng)用層的一些協(xié)議。 lAPRANET的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，它基于以下兩個原則：的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，它基于以下兩個原則：一是物理網(wǎng)絡(luò)不完全可靠一是物理網(wǎng)絡(luò)不完全可靠 高可靠性和高健壯性大大促進(jìn)了高可靠性和高健壯性大大促進(jìn)了TCP/IP的的發(fā)展發(fā)展二是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不能依賴于特定的硬件或軟件二是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不能依賴于特定的硬件或軟件 使得使得TCP/IP可廣泛地應(yīng)可廣泛地應(yīng)用在各種硬件和軟件平臺上用在各種硬件和軟件平臺上 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007

12、.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua109.2 因特網(wǎng)與因特網(wǎng)與TCP/IP1. 概述概述nTCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol）lTCP/IP的基本規(guī)范是由因特網(wǎng)之父的基本規(guī)范是由因特網(wǎng)之父Vinton G. Cerf和和Pobert Kahn在在1974年共同編寫的。年共同編寫的。l1982年，年，ARPA將將TCP/IP 定為定為ARPANET的協(xié)議族，同時國防部的協(xié)議族，同時國防部也宣布其為軍用標(biāo)準(zhǔn)。也宣布其為軍用標(biāo)準(zhǔn)。l互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng) 即互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)集合，特別是使

13、用即互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)集合，特別是使用TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)集合。而因的網(wǎng)絡(luò)集合。而因特網(wǎng)就是連接起來的特網(wǎng)就是連接起來的TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)。l上世紀(jì)上世紀(jì)80年代，年代，UNIX綁定了綁定了TCP/IP，NSF也命令組成也命令組成NSFNET的所有的所有NSF資助的超級計算機中心和計算機網(wǎng)絡(luò)都將資助的超級計算機中心和計算機網(wǎng)絡(luò)都將TCP/IP作為作為它們的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。它們的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。l所有這一切基本上確定了所有這一切基本上確定了TCP/IP在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議中的事實上標(biāo)準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議中的事實上標(biāo)準(zhǔn)的地位。的地位。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0

14、現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua119.2 因特網(wǎng)與因特網(wǎng)與TCP/IP1. TCP/IP 模型模型lTCP/IP早，早，OSI晚晚lTCP/IP沒有按一種標(biāo)準(zhǔn)去開發(fā)設(shè)計，但最終成為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)；沒有按一種標(biāo)準(zhǔn)去開發(fā)設(shè)計，但最終成為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)；OSI是國際標(biāo)準(zhǔn)，但最終使用者很少。是國際標(biāo)準(zhǔn)，但最終使用者很少。lTCP/IP只有只有4層，最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層實際上不是通常意義上的層，最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層實際上不是通常意義上的層，它僅僅是網(wǎng)絡(luò)層和底層的接口。層，它僅僅是網(wǎng)絡(luò)層和底層的接口。TCP/IP協(xié)議本身并沒有數(shù)據(jù)協(xié)議本身并沒有數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，鏈路層和物

15、理層，TCP/IP協(xié)議通過它的網(wǎng)絡(luò)接口和其他通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過它的網(wǎng)絡(luò)接口和其他通信網(wǎng)絡(luò)連接起來。正因為如此，連接起來。正因為如此，TCP/IP才能作為因特網(wǎng)的基礎(chǔ)，在多種才能作為因特網(wǎng)的基礎(chǔ)，在多種局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)）、多種廣播網(wǎng)（如公共數(shù)據(jù)網(wǎng)）中廣泛應(yīng)用。局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)）、多種廣播網(wǎng)（如公共數(shù)據(jù)網(wǎng)）中廣泛應(yīng)用。 lTCP/IP模型模型:開始并沒有什么開始并沒有什么“模型模型”，為了和，為了和OSI進(jìn)行比較，才進(jìn)行比較，才畫出了一個模型。畫出了一個模型。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Y

16、onghua129.2 因特網(wǎng)與因特網(wǎng)與TCP/IP1. TCP/IP 各層的功能各層的功能l網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)包由源節(jié)點送到目的節(jié)點。把數(shù)據(jù)包由源節(jié)點送到目的節(jié)點。 核心和靈魂是因特網(wǎng)協(xié)議核心和靈魂是因特網(wǎng)協(xié)議IP ，IP協(xié)議不保證服務(wù)的可靠性，所以它協(xié)議不保證服務(wù)的可靠性，所以它一般和一般和TCP配合使用（配合使用（TCP是面向連接的）。是面向連接的）。l傳輸層傳輸層基本目的是為通信雙方的主機提供端到端的服務(wù)，即為兩個應(yīng)用進(jìn)程基本目的是為通信雙方的主機提供端到端的服務(wù)，即為兩個應(yīng)用進(jìn)程提供可靠而且合算的數(shù)據(jù)傳輸。提供可靠而且合算的數(shù)據(jù)傳輸。 傳輸控制協(xié)議（傳輸控制協(xié)議（TCP） 提供的是面

17、向連接的、端到端的可靠的通信提供的是面向連接的、端到端的可靠的通信協(xié)議。協(xié)議。TCP速度慢、效率低，但可靠性和安全性高。速度慢、效率低，但可靠性和安全性高。TCP通常和無連通常和無連接的接的IP一起使用。一起使用。用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議UDP 與與TCP并行的一個獨立協(xié)議，它和并行的一個獨立協(xié)議，它和IP一樣是無一樣是無連接的協(xié)議，所以它的效率高，但不可靠。連接的協(xié)議，所以它的效率高，但不可靠。l應(yīng)用層應(yīng)用層 包含多種協(xié)議來滿足不同的需要。包含多種協(xié)議來滿足不同的需要。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyrigh

18、t by Wang Yonghua139.3 工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)1. 概述概述n實質(zhì)：實質(zhì)：基于以太網(wǎng)技術(shù)和基于以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)開發(fā)出來的一種工技術(shù)開發(fā)出來的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)n為什么還要發(fā)展和使用工業(yè)以太網(wǎng)？為什么還要發(fā)展和使用工業(yè)以太網(wǎng)？ l關(guān)于關(guān)于IEC61158l選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)？選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)？2. 需要解決的問題需要解決的問題n通信的實時性問題通信的實時性問題n對環(huán)境的適應(yīng)性和可靠性問題對環(huán)境的適應(yīng)性和可靠性問題n總線供電問題總線供電問題n本質(zhì)安全與防爆問題本質(zhì)安全與防爆問題n其他問題其他問題 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET

19、2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua149.3 工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)1. 工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀n技術(shù)上的改造技術(shù)上的改造n大公司增加開發(fā)力度大公司增加開發(fā)力度n幾種主要的工業(yè)以太網(wǎng)幾種主要的工業(yè)以太網(wǎng)lEthernet/IP 基于以太網(wǎng)技術(shù)、基于以太網(wǎng)技術(shù)、TCP/IP技術(shù)和技術(shù)和CIP技術(shù)，因此它兼技術(shù)，因此它兼具工業(yè)以太網(wǎng)和具工業(yè)以太網(wǎng)和CIP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點。網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點。 lHSE 基于以太網(wǎng)（基于以太網(wǎng)（IEEE802.3）TCP/IPH1的六層結(jié)構(gòu)。的六層結(jié)構(gòu)。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET

20、2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua159.4 PROFINET1. 概述概述n1999年底，年底，PIPROFINET;n2000年底，成為年底，成為IEC61158-10;n2002年，第一個軟件包；年，第一個軟件包；n基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和和IT標(biāo)準(zhǔn)，是一種實標(biāo)準(zhǔn)，是一種實時以太網(wǎng)技術(shù)，同時它無縫地集成現(xiàn)有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，時以太網(wǎng)技術(shù)，同時它無縫地集成現(xiàn)有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，從而使現(xiàn)在對于現(xiàn)場總線技術(shù)的投資得到保護(hù)。從而使現(xiàn)在對于現(xiàn)場總線技術(shù)的投資得到保護(hù)。n支撐技術(shù)多，集成的功能強支撐技術(shù)多

21、，集成的功能強 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua169.4 PROFINET1. PROFINET的通信的通信n通信模型通信模型 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua179.4 PROFINET1. PROFINET的通信的通信n通信概覽通信概覽l通信等級通信等級不同的應(yīng)用對象對通信的實時性要求不同不同的應(yīng)用對象對通信的實時性要求不同可以進(jìn)行縮放的模型可以進(jìn)行縮

22、放的模型 使用使用TCP/UDP和和IP，解決非苛求時間的數(shù)據(jù)通信，如組態(tài)和參數(shù)賦，解決非苛求時間的數(shù)據(jù)通信，如組態(tài)和參數(shù)賦值；值；使用軟實時（使用軟實時（SRT）技術(shù)，解決苛求時間的數(shù)據(jù)通信，如自動化領(lǐng)域）技術(shù)，解決苛求時間的數(shù)據(jù)通信，如自動化領(lǐng)域的實時數(shù)據(jù)；的實時數(shù)據(jù)；使用等時同步實時（使用等時同步實時（IRT）技術(shù)，解決對時間要求嚴(yán)格同步的數(shù)據(jù)通）技術(shù)，解決對時間要求嚴(yán)格同步的數(shù)據(jù)通信，如運動控制。信，如運動控制。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua189.4 PROFI

23、NET1. PROFINET的通信的通信n通信概覽通信概覽l通信通道模型通信通道模型通信采用的是生產(chǎn)者（通信采用的是生產(chǎn)者（Provider）和消費者（）和消費者（Consumer）方式）方式影響數(shù)據(jù)循環(huán)周期的因素分析，提高響應(yīng)速度，縮小循環(huán)時間的影響數(shù)據(jù)循環(huán)周期的因素分析，提高響應(yīng)速度，縮小循環(huán)時間的方法方法 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua199.4 PROFINET1. PROFINET的通信的通信n通信概覽通信概覽l通信通道模型通信通道模型通信通道模型及其實質(zhì)通信通道

24、模型及其實質(zhì) 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua209.4 PROFINET1. PROFINET的通信的通信n通信概覽通信概覽l實時通信機理實時通信機理通過軟件的方法來完成實時通道的功能通過軟件的方法來完成實時通道的功能 去除一些協(xié)議層，減少文本長度；去除一些協(xié)議層，減少文本長度；提高通信雙方傳輸數(shù)據(jù)的確定性，把數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)備就緒的時提高通信雙方傳輸數(shù)據(jù)的確定性，把數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)備就緒的時間減至最小；間減至最?。唬‥ther Type和和Frame ID）采用采用IEEE802.1

25、q標(biāo)準(zhǔn)，增加對數(shù)據(jù)流傳輸優(yōu)先級處理環(huán)節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)，增加對數(shù)據(jù)流傳輸優(yōu)先級處理環(huán)節(jié)。（VLAN Tag）PEOFINET把實現(xiàn)把實現(xiàn)RT功能的標(biāo)志嵌入到了以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)中功能的標(biāo)志嵌入到了以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)中 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua219.4 PROFINET1. PROFINET的通信的通信n通信概覽通信概覽l等時同步實時等時同步實時改進(jìn)快速以太網(wǎng)的層改進(jìn)快速以太網(wǎng)的層2協(xié)議，使用協(xié)議，使用IEEE1588的的PTP（精確時間協(xié)（精確時間協(xié)議議 ）實現(xiàn)同步）實現(xiàn)同步等時同步

26、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)基于硬件，具備此功能的等時同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)基于硬件，具備此功能的ASIC具有用于具有用于實時數(shù)據(jù)的循環(huán)同步和數(shù)據(jù)間隔控制功能。實時數(shù)據(jù)的循環(huán)同步和數(shù)據(jù)間隔控制功能。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua229.4 PROFINET1. PROFINET IOn概述概述l相當(dāng)于相當(dāng)于PROFIBUS-DP；nPROFINET IO的組成的組成IO控制器控制器IO監(jiān)視器監(jiān)視器IO設(shè)備設(shè)備l通信關(guān)系通信關(guān)系 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET200

27、7.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua239.4 PROFINET1. PROFINET IOnPROFINET IO的工作過程的工作過程l設(shè)備模型設(shè)備模型由模塊、槽和通道組成；由模塊、槽和通道組成；lGSD文件：由文件：由XML編寫編寫lID號：號：16位制造商標(biāo)識符、位制造商標(biāo)識符、16位設(shè)備標(biāo)識符位設(shè)備標(biāo)識符l工作過程工作過程 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua249.4 PROFINET1. PROFINET IOnP

28、ROFINET IO的工作過程的工作過程l通信關(guān)系（通信關(guān)系（CR）和應(yīng)用關(guān)系（）和應(yīng)用關(guān)系（AR）PROFINET中的數(shù)據(jù)交換是通過各種通信關(guān)系中的數(shù)據(jù)交換是通過各種通信關(guān)系CR實現(xiàn)實現(xiàn)通信關(guān)系的建立在應(yīng)用關(guān)系建立后完成通信關(guān)系的建立在應(yīng)用關(guān)系建立后完成l初始化工作：建立控制器和初始化工作：建立控制器和IO設(shè)備之間的設(shè)備之間的AR把有關(guān)把有關(guān)AR的參數(shù)傳遞給的參數(shù)傳遞給IO設(shè)備；設(shè)備；建立起各種建立起各種CR，并把，并把CR的參數(shù)傳遞給的參數(shù)傳遞給IO設(shè)備；設(shè)備；設(shè)備模型的匹配；設(shè)備模型的匹配；建立起報警建立起報警CR，并把其，并把其CR的參數(shù)傳遞給的參數(shù)傳遞給IO設(shè)備。設(shè)備。 工業(yè)以太網(wǎng)和

29、工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua259.4 PROFINET1. PROFINET IOnPROFINET IO的工作過程的工作過程l三種基本的三種基本的CR非循環(huán)非循環(huán)CRs：它是最先建立起來的它是最先建立起來的CR，它用來傳遞組態(tài)數(shù)據(jù)、啟，它用來傳遞組態(tài)數(shù)據(jù)、啟動參數(shù)、診斷數(shù)據(jù)等對時間要求不苛刻的數(shù)據(jù)。動參數(shù)、診斷數(shù)據(jù)等對時間要求不苛刻的數(shù)據(jù)。I/O CRs：它用來在控制器和它用來在控制器和IO設(shè)備之間循環(huán)交換實時設(shè)備之間循環(huán)交換實時I/O數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。報警報警CR：它用來傳遞報警信息

30、，是非循環(huán)的。它用來傳遞報警信息，是非循環(huán)的。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua269.4 PROFINET1. PROFINET CBAn概述概述l基于組件的自動化基于組件的自動化CBA（Component-Based Automation）技術(shù)是一種實現(xiàn)分布式（技術(shù)是一種實現(xiàn)分布式（Distributed）裝置、機器模塊、局部）裝置、機器模塊、局部總線等設(shè)備級智能模塊自動化應(yīng)用的概念?？偩€等設(shè)備級智能模塊自動化應(yīng)用的概念。 l實質(zhì)：實質(zhì)： CBA的控制對象是一個整體的裝置

31、、智能機器或系統(tǒng)，的控制對象是一個整體的裝置、智能機器或系統(tǒng)，它的它的I/O之間的數(shù)據(jù)交換在它們內(nèi)部完成，這些智能化的大型模之間的數(shù)據(jù)交換在它們內(nèi)部完成，這些智能化的大型模塊之間通過標(biāo)準(zhǔn)的接口相連，進(jìn)而組成大型系統(tǒng)。塊之間通過標(biāo)準(zhǔn)的接口相連，進(jìn)而組成大型系統(tǒng)。l產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：在工業(yè)生產(chǎn)過程中存在著許多功能相同的裝置或工在工業(yè)生產(chǎn)過程中存在著許多功能相同的裝置或工藝過程相似的環(huán)節(jié)，自動化領(lǐng)域的發(fā)展已進(jìn)入到了創(chuàng)建模塊化藝過程相似的環(huán)節(jié)，自動化領(lǐng)域的發(fā)展已進(jìn)入到了創(chuàng)建模塊化裝置和機器的階段。裝置和機器的階段。l舉例舉例 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET2007.2 V2

32、.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua279.4 PROFINET1. PROFINET CBAn概述概述l好處好處大大減少了設(shè)計工作量；大大減少了設(shè)計工作量；組件之間只需少量的接口完成級聯(lián)；組件之間只需少量的接口完成級聯(lián)；每個模塊都具有高度的自治性，從測試到診斷都無需對整個系統(tǒng)每個模塊都具有高度的自治性，從測試到診斷都無需對整個系統(tǒng)進(jìn)行操作；進(jìn)行操作；單個的組件調(diào)試可提前進(jìn)行，從而使系統(tǒng)總體調(diào)試簡單化；單個的組件調(diào)試可提前進(jìn)行，從而使系統(tǒng)總體調(diào)試簡單化；系統(tǒng)維護(hù)變得容易。系統(tǒng)維護(hù)變得容易。 工業(yè)以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)和PROFINETPROFINET200

33、7.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua289.4 PROFINET1. PROFINET CBAn工藝技術(shù)模塊和組件模塊工藝技術(shù)模塊和組件模塊l定義：定義：生產(chǎn)實際中，每個獨立的環(huán)節(jié)在組成上都有相似的地方，生產(chǎn)實際中，每個獨立的環(huán)節(jié)在組成上都有相似的地方，那就是它們都是由機械、電氣那就是它們都是由機械、電氣/電子設(shè)備和控制邏輯（軟件）來電子設(shè)備和控制邏輯（軟件）來實現(xiàn)其功能的。由這些要素構(gòu)成的整體單元就是工藝技術(shù)模塊實現(xiàn)其功能的。由這些要素構(gòu)成的整體單元就是工藝技術(shù)模塊（technology module）。）。l組成：組成：一個工藝技術(shù)模塊代表的是一個專用的組件，它包括機一個工藝技術(shù)模塊代表的是一個專用的組件，它包括機械的、必需的電控裝置和相關(guān)的軟件。械的、必需的電控裝置和相關(guān)的軟件。l劃分原則劃分原則必須周密地考慮在不同使用設(shè)備中的可復(fù)用性、成本和實用性。必須周密地考慮在不同使用設(shè)備中的可復(fù)用性、成本和