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总线专题:第六讲 PROFINET(上)

PROFINET是继PROFIBUS以后,由PROFIBUS国际组织PI(PROFIBUSInternational)新开发的一种基于以太网(Ethernet)的、开放的、用于自动化

PROFINET是继PROFIBUS今后,由PROFIBUS世界组织PI(PROFIBUS International)新开发的一种根据以太网(Ethernet)的、敞开的、用于主动化的工业以太网规范,他运用敞开的信息技术IT(Information Technology)规范,并与以太网的传输操控协议/互联网协议TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)规范兼容,并供给了实时RT(Real Time)功用。为了维护PROFIBUS用户的利益,PROFINET能与现在的PROFIBUS进行有机的集成。

在世界电工委员会IEC世界规范中咱们能够在IEC61158(第三版)看到其间总线类型10为PROFINET,而在这以后宣布的IEC61784-2中又看到有PROFINET(CPF3),那么这两个PROFINET终究有没有差异呢?答案是有所差异的。因而咱们首要要了解两种规范的内容是什么?

IEC61158的名称是“丈量和操控数字数据通讯–工业操控体系用现场总线”。其间有10品种型,包含了FF,Control Net,PROFIBUS,P-Net World FIP,INTERBUS和PROFINET等。这是现在正式经过的世界规范。

IEC61784的名称是“与工业操控体系中运用的现场总线有关的用于接连和离散制作的行规集”,他描绘IEC61158(和其他规范)中规则的“服务”集的子集,该子集用于特定的现场总线体系的通讯或根据以太网体系的通讯。用这种办法界说的特定的“通讯行规”被组合在“通讯行规簇”CPF(Commanication Profile Family)中。

现在在IEC61158中的PROFINET,其实践内容为根据组件主动化用的PROFINET CBA(Component Based Automation);而在61784-2中的PROFINET,其实践内容为用于集成散布式I/O(输入/输出)的PROFINET IO。其功用散布如图1所示。图中CBA分别由根据非实时(NRT)通讯的组件和根据实时(RT)通讯的组件两大部分组成;而PROFINET IO则由实时通讯和等时同步实时IRT(Isochronous Real Time)组成。

现在PROFINET IO还在不断开发完善之中,到2007年IEC61784-2中的一切CPF经过投票表决,其间表决经过的CRF,将正式进入到IEC61158成为正式规范。

1.将以太网用于实时操控范畴的原理

(1)要将工业以太网使用于实时操控范畴,确实存在着“先天不足”的问题。

以太网所选用的介质拜访操控办法即CSMA/CD载波监听多路拜访抵触检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的办法,是一种非实时性也是一种在时刻上没有确认性的通讯方法。其根本作业原理是:某节点要发送报文时,首要监听网络,如网络忙,则比及其闲暇中止,不然将当即发送,并一起持续监听网络;假如二个或更多的节点监听到网络闲暇并一起发送报文时,将发生磕碰,一起节点当即中止发送,并等候一段随机长度的时刻后从头发送;16次磕碰后,操控器将中止发送并向节点微处理器报答失利信息。

在网络负荷较高时,以太网上存在的这种磕碰成了首要问题,因而极大地影响了以太网的数据吞吐量和传输延时,使他的实践功用下降。因为在一系列磕碰后,报文可能会丢掉,因而节点与节点之间的通讯将无法得到保证,以太网的这种CSMA/CD介质拜访机制导致了通讯的非实时性和呼应的不确认性。

而关于工业现场操控网络要求来讲,却需求通讯的实时性和时刻上确实定性(time-deterministic);并且在运动操控(motion control)方面来讲,则要求更高,要求能到达等时同步实时(IRT)。

所谓实时(Raal Time)性,是指在一个十分短的时刻内,经过信息传递能完结所要求的各种功用。如当出产进程中某处温度升高时,温度传感器将信号当即传送给操控器经过必定的算法将操控信号传送给履行器,经过调理所供给的动力,使温度康复到其正常值。不然就会引起参数振动,乃至会失控。

所谓时刻上确实定性是指在确认的时刻内完结所规则的使命。如出产进程中的报警信号,必须在确认的时刻内,将信号送到规则的地址,不然将会导致事端的发生,乃至发生灾难性的事情。

等时同步实时(IRT)是运动操控所必需的,因为运动操控速度极快,除了实时性上的要求外,还要求运动操控的各轴,在时刻上同步动作。例如在快速五颜六色印刷机上,假如各轴在时刻上不同步,会使各种色彩串色而影响彩印质量。

(2)为什么还要求将以太网用于实时操控呢?

已然以太网用于实时操控存在着“先天不足”的缺点,那么为什么还要用呢?岂不是“赶鸭子上架”,乃至“削足就屦”呢?

事实上以太网虽然有对实时操控有不足之处,但在IT使用方面确具有不少长处。

以太网的优势在于:

1)技术上老练,软硬件资源丰富,使用广泛。

2)产品的品种完全。市场上简单购得。

3)通讯速率高。现在已有100~1000M,并且发展潜力大。

4)价格便宜。因为从事的开发商多,产量大,价格天然下降。

5)在企业网中(intranet),假如现场层能选用以太网,那么与企业内部的MES(制作履行体系)和ERP(企业资源管理)层,就简单完结无缝的集成(因为咱们都是以太网)。

因为以太网有上述的优势,因而不少厂商正在竭尽全力地开发根据实时的工业以太网,现在列入IEC61784-2中的CPF现已有16种之多。

(3)要使以太网具有实时性和时刻上确实定性,需求采纳哪些办法呢?

1)进步通讯速率。在相同通讯量的条件下,进步通讯速率能够削减通讯信号占用传输介质的时刻,从这一视点动身,就为削减信号的磕碰抵触,处理以太网通讯的非确认性供给了途径。以太网的通讯速率已再三进步,从10Mbps,100Mbps到1000Mbps的成功使用,相关于操控网络传统的通讯速率的几十kpbs到5Mbps而言,进步通讯速率的作用是显着的,对削减磕碰抵触也是有用的。一般在操控范畴中选用的是100M。

2)下降网络负荷。

咱们知道,令牌总线操控方法在工业操控范畴使用的较多,其特点是,网络上各节点对总线的操控权是由令牌(token passing)来操控的。收到令牌的节点在一段规则的时刻内具有网络传输介质的操控拜访权,并向网络上发送一帧或多帧信息,当该节点的传输现已完结或占用网络的规则时刻现已届时,他就将令牌传递到下一节点。因而,传输进程便是由替换进行的数据传输阶段和令牌传送阶段所组成。因为令牌的传递时刻,具有令牌的节点占用网络操控权的时刻是预先规则好的,在网络节点数量必定的情况下,每个网给节点的信息发送的时刻是能够预先估量出来的,因而,令牌又称为“确认性”网路。明显,这种确认性比较合适通讯确认性和呼应实时性要求较高的工业操控体系中使用。其间Arcnet网络便是比较闻名的令牌总线之一。

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