PROFINET Top10 FAQ

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有关PROFINET的Top​10 FAQ

首先感谢大家对PROFINET 技术的关注！这一期我们带来有关PROFINET最常被问到的10个问题以及回答，希望能对大家有所帮助。

PROFINET是西门子的独有技术吗？PROFINET是封闭的网络吗？PROFINET需要特殊的硬件吗？PROFINET很复杂吗？PROFINET支持路由吗？PROFINET安全吗？PROFINET 是“旧”技术吗？PROFINET与以太网的区别？PROFINET与PROFIBUS的区别？PROFINET IRT 与 RT的区别？

Q1: PROFINET是西门子的独有技术吗？

许多朋友一听到PROFINET首先想到的就是西门子，那么PROFINET是否仅仅只有西门子支持吗？答案是否定的。

负责在全球推广PROFINET相关技术的官方组织是PROFIBUS & PROFINET International（PI）组织。PI组织成立于1989年，就像这个组织的名字一样，他是开放式工业通信标准 PROFINET 和 PROFIBUS 的国际创建者、维护者和推动者。

PI旗下囊括的技术有PROFIBUS、PROFINET、IO-Link等。在全世界范围内有超过1700家会员单位，这其中囊括了设备供应商、系统集成商、经销商以及终端用户群体。

有众多知名企业都拥有并支持PROFINET，这其中的控制器厂商有艾默生、菲尼克斯、通用电气、ABB、霍尼韦尔、欧姆龙、三菱、博世力士乐、倍福及贝加莱等，当然也包括西门子。而设备生产厂商方面则有数以百计的公司支持并生产PROFINET相关设备，提供上千个不同的PROFINET相关设备供客户进行选择。

详情请访问 https://www.profibus.com/products/product-finder

西门子作为PI其中的一员，其对于PROFINET的愿景是和PI组织一致的，那就是搭建PROFINET的生态圈。

Q2: PROFINET是封闭的网络吗？

并不是，PROFINET是开放的网络。允许用户在同一个系统上同时使用实时和其他的协议（OPC UA、TCP），不会牺牲自动化的实时性。

其他网络尝试使用现有协议（比如UDP）发送实时数据，这些数据最初是为办公世界设计的。或封闭网络，这需要其他协议的隧道。PI为旧系统以及新的系统提供了最开放的连接性，使用代理能够轻松连接到 PROFIBUS、DeviceNet 和其他旧系统，提供了OPC UA的配套规范以及基于OPC UA之上的PROFIsafe。

PROFINET基于ISO/OSI通信模型。每个通信过程都分为逻辑组件，这些组件通过定义的接口链接。PROFINET并没有改变数据链路层的协议，而是在应用层进行了修改和调整。一方面这保证了PROFINET具有极低的通信延迟，另一方面也保证了PROFINET的实时性和低抖动性。PROFINET当中包含了TCP\IP以及UDP\IP通信通道、PROFINET RT通道以及PROFINET IRT通道。可以根据通信的需求进行分配，以此来满足客户的需求。



不论是在现场层还是在与控制器\边缘设备进行连接，或是与上层的MES\SCADA系统进行连接，PROFINET都能为客户提供最好的体验，是完成各种任务的“利器”。



PROFINET支持多种拓扑结构与传输媒介。有线连接的状态下能够使用线形、星型、树型以及环型拓扑。无线连接的状态下则支持Wi-Fi与蓝牙。对于物理层的传播媒介则支持铜缆与光纤。这样能够满足客户现场的各种要求。



不论从各个方面来讲，PROFINET都是一个开放的网络，而这一切都基于以太网实现。

Q3: PROFINET需要特殊的硬件吗？

PROFINET并不需要特殊的硬件，因为PROFINET基于标准以太网 IEEE 802.3，并通过 PI 工作组演变为工业标准，是 IEC 61158/61784 的一部分。对于从事产品开发的人来说，有多种多样的解决方案可以帮助人们在自己的设备当中去实现PROFINET。而对于广大用户而言也可以通过各种供应商以及PI的产品查找器来获取所需要的产品信息。在未来包含新的IEEE标准的TSN也即将面市，而这些内容已经包含在了PROFINET规范当中。

对于PROFINET的电缆以及连接器而言，标准的以太网电缆是可选的选项之一。铜缆与光纤都是可以选择的方案。对它们的要求是要具备100 Mbps的传输速度。然而，您在家庭或办公室环境中遇到的以太网线缆可能不是最佳选择。这些线缆可能过于脆弱，缺乏屏蔽。最常使用PROFINET环境是工厂车间，这是一个恶劣的，具有挑战性条件的环境，可能出现如极端温度、湿度、振动和电磁干扰的情况。因此，虽然您可以采用标准的以太网线缆，更为推荐的是更加坚固耐用的工业以太网电缆以及PROFINET专用电缆。PROFINET专用电缆是带有绿色护套的屏蔽工业以太网电缆，经过标准化检验以及加固以满足 PROFINET 的 IEC 规范（推荐）。连接器则通常包括RJ45或是M12以及IP20\65\67的铜或光纤接口。

详情请参阅 PN应用（4）：PROFINET电缆及接头   及 MinutePROFINET: PROFINET 线缆

针对PROFINET使用的工业以太网交换机，最低要求是具有100Mbps通信速度的全双工交换机。同时客户可以根据自己的预算以及实际需求来挑选适合的交换机。主要分为内置PROFINET通信功能的设备、非管理型交换机、管理型交换机以及专用的PROFINET交换机等。更为强大的交换机通常能够提供更多的功能在PROFINET网络当中，能够提供更多的网络诊断作为警报以及MRP\冗余等功能。

详情请参阅 MinutePROFINET: PN交换机

对于PROFINET开发者们来说，有多种方式可以实现PROFINET：使用标准NIC的软件协议栈、通信芯片、通信模块以及外部耦合器等（PROFINET代理\网关）。而对于最终用户而言，用户可以从多种控制器、I\O设备以及网络组件中去选择适合自己的产品。有数以千计的PROFINET产品供客户选择，如果您有关于PROFINET产品开发的问题，请联系我们。

关于PROFIENT产品开发，请点击参阅专辑  PN 开发

Q4: PROFINET很复杂吗？

PROFINET并不复杂，我们的最终目标是让PN最终用户能够方便使用。但是工业网络环境和实际应用场景会让事情变得有挑战性。所以在整个规划和安装过程当中要格外小心。PI也在全球都进行相关的培训以确保大家能够顺利使用PROFINET并熟悉使用。每个人都可以掌握 PROFINET 课程并成为认证工程师。PI通过一流的设置、网络管理和全面的诊断使 PROFINET 变得更容易。

在市场推广过程当中，我们也在不断地降低PROFINET的复杂度。利用以太网标准来帮助制定自动化标准。在后续推广过程中实现了更好的网络管理，制定了安装指南，实现了快速调试与综合诊断，让设备更换更加简单，同时也让用户能够通过PROFINET网关更加容易的连接到传统网络（PROFIBUS、ASi等）或当前系统（OPC UA、IO-Link）当中。

PI的工程师们也为各位工程师准备了安装指南。在PI为最终用户提供的指南当中，其中内容包含了网络相关的设计、调试、安装等内容。目的是帮助在工业环境中完美安装PROFINET网络并减少停机时间。



同时在PROFINET当中我们使用标准化配置来帮助工程师进行相关内容的配置。在工程工具当中使用标准的GSD文件进行导入并配置网络。然后将设备配置与系统配置下载到控制器当中。最终在现场控制器和I\O设备会自动进行数据交换。



PROFINET还支持快速调试功能，让工程师可以通过标准化程序进行手动或是自动配置。能够让系统对连接设备进行在线扫描，自动分配IP地址与设备名称，自动进行拓扑检测，并进行相关的调试与维护等。



Q5: PROFINET支持路由吗？

这取决于 PROFINET 消息的类型，但工程师们可以使用正确的工具（工程工具、各种 PROFINET 配置/诊断/故障排除工具）从任何地方访问所有数据。

用于配置、非周期数据记录对象和诊断的非周期消息信息是可路由的（第 4 层 - 基于 TCP/UDP、非实时 PROFINET、“网络路由器级别”消息）。对 PLC 进行编程/上传、下载/查看在线诊断、读取/写入非周期记录数据对象以及制造商特定记录等，这些内容是可以路由的。每条记录最多64KB。

周期数据、I/O和报警的自动化控制相关的消息是不可路由的，但一般情况下并不会对这部分内容进行路由 （第 2 层 – 实时 PROFINET）。

周期数据意味着快速、低抖动并用于自动化控制工作的部分（一般来说1-10ms）。然而IP 路由所需的路由器会在周期控制协议中引入更多的抖动，并导致延迟以及可能的超时（重试）问题，但使用非周期是可以的，因此我们还将相同的周期信息或报警放入记录数据对象中以进行读取与访问。然而，所有 PROFINET 设备数据都可以通过非实时服务从任何地方（实时或非实时）访问，作为 I/O 数据，报警也被放入非周期对象中，可以通过工具随时读取 )

对于数据的路由需求，PROFINET也有其它的解决方案。对于一些控制器有多个接口的情况下，只需要在控制逻辑网络当中进行复制就可以。PN/PN耦合器允许在两个独立的PROFINET网络进行通信。但是要注意在这种情况下由于抖动的增加，可能需要更长的调整时间，以及由于路由可能会导致的信息安全问题。工程师也可以将数据复制到OPC UA当中以供客户端进行访问。

Q6: PROFINET安全吗？

PI会要求对所有认证产品进行网络负载与安全测试。其中网络负载测试能够确保设备在典型的工业系统当中正常运行，保证设备的鲁棒性以及面对各种安全问题时能够恢复。所有的产品都需要通过认证才能够使用PROFINET官方的名称与logo，这样能够确保PROFINET设备的互操作性。未来还会有相关的安全增强措施。

PROFINET本身有相当多的措施来确保通信安全，但是整个系统的整体安全同样需要工程师的配合与努力，比如说对于第三方人员的准入措施，对于数据处理的记录以及密码与密钥的管理等。

对于不同情况下，PROFINET用户可以使用不同的安全类型来适配自己的系统。对于低安全需求的类型来说，现有的工厂隔离策略可以通过更新固件的安全措施来进行改进。对于更高的安全要求情况下，可以通过IEC 62443来增加可选安全措施。在符合IEC 62443的情况下，比如设备和应用程序之间的访问必须受到保护，同时也需要进一步的完整性保护，对于非周期数据部分也需要进行加密的情况就可以通过IEC 62443来增强安全性。对于周期数据包含必须加密的敏感信息的情况下也可以使用IEC 62443来增强系统的安全性。



关于PROFINET信息安全的更多信息，请点击访问   PROFINET信息安全

Q7: PROFINET 是“旧”技术吗？

自1970年以来，以太网已经走过了漫长的发展道路，但仍然是一项面向未来的技术。目前PROFINET已经扩展到100 Mbps及以上，并且PROFINET还在不断衍生出新的标准，比如PROFIsafe、PROFIenergy、PROFIdrive、OPC UA 配套规范、无线、5G、信息安全等。PROFINET为未来还将扩展至1 Gbps，以及先进物理层以太网等。包括已经包含的时间敏感网络（TSN），这些技术优势都可以通过PROFINET免费获得。

对于先进物理层以太网来说，这样做可以限制电流与电压，实现工程现场的本质安全。同时在过程自动化领域也是一个更加成熟的技术和选项。在数据链路层上也使用的相同的PROFINET协议。

对于TSN而言，TSN是由IEEE定义的一组机制（工具箱），能够实现可融合的稳健的网络。TSN并不是另一个基于以太网现场总线，也不是另一个协议，而且TSN仍然是需要应用层的。对于带有TSN的PROFINET架构来说，用户可以享受久经考验的PROFINET服务，可以进行相关的配置、参数化与诊断。同时还可以使用相关的PROFIsafe，PROFIdrive以及PROFIenergy行规。可以进行更加简单的TSN网络配置。对于同步与非同步的应用都可以进行设置，并且能够使用更灵活的拓扑结构，物理层也更加灵活。

更多信息请访问专辑：PN 新技术

Q8: PROFINET与以太网的区别？

PROFINET和以太网之间有什么区别？简而言之，以太网是一种网络通信媒介，而PROFINET是一种工业以太网标准。然而，比较以太网和PROFINET并不容易，因为它们是互补的技术，而不是相互竞争的技术。

IEEE 802.3规定了构成以太网的标准。以太网帧应包括诸如发送方和接收方的MAC地址、VLAN标签和服务质量等信息。

以太网用于连接局域网中的节点。以太网网络中节点之间的物理连接可以是，例如，同轴电缆、双绞线或光纤电缆。如今，以太网是全世界最常见的通信媒介；由于其速度、经济性和多功能性，被用于家庭、企业、工厂和一般基础设施。

PROFINET是一种工业以太网解决方案。它是一种通信协议，其设计是为了自动化环境中控制器和设备之间的数据交换。PROFINET定义了组件之间的周期性和非周期性通信，包括诊断、功能安全、报警和附加信息。为了连接这些组件，PROFINET采用了标准的以太网作为其通信媒介。在遇到PROFINET网络时，您会注意到连接PROFINET组件的是以太网线缆。

我们可以了解到，PROFINET和以太网是相互补充的。它们都在存在于工业网络中——其中以太网作为通信媒介，PROFINET作为协议。

更多信息请观看下方视频。


Q9: PROFINET与PROFIBUS的区别？

PROFIBUS和PROFINET都是由PROFIBUS和PROFINET国际组织制定的IEC标准。一切都从1989年推出的PROFIBUS开始，PROFIBUS在90年代迅速发展。然后，随着工业界从现场总线转向工业以太网，PI开发了PROFINET协议，在21世纪初开始使用，此后迅速发展。由于PROFIBUS和PROFINET有共同的来源，它们确实有一些相似之处。但总的来说，它们是非常不同的。

通常来说，PROFIBUS网络的特征是紫色的单对RS-485电缆。这些电缆使用常见的DB9或M12连接器。另一方面，PROFINET网络通常使用绿色的工业级以太网电缆。PROFINET网络最常见的连接器类型是RJ45，但在高暴露环境中也使用M12连接器，而BFOC连接器则用于光纤应用。

PROFIBUS是以RS-485为基础的，这是一种常见的串行通信方式。在一个PROFIBUS网络中存在PROFIBUS主站和PROFIBUS从站。主站可以是，例如，PLC、PAC或DCS。PROFIBUS从站可以是各种各样的设备：驱动器、电机、IO设备、传感器、现场设备、机器人、执行器等等。

PROFIBUS有两种不同的形式：PROFIBUSDP 和PROFIBUS PA。PROFIBUS的一般原理是将现场采集多个输入和输出到本地IO设备中，然后通过一根电缆将数据传输到主站。这种方法省去了额外的硬件和电缆，节省了成本。同时，由于它简化了网络的安装、维护和故障排除过程，因此节省了工程时间。

PROFIBUS PA和PROFIBUSDP协议相同，但基于不同的物理层：MBP。PROFIBUS PA已被证明可用于要求本质安全的爆炸危险区域。

在安装PROFIBUS网络时，用户将每个设备连接到下一个设备，这一过程通常被称为“菊花链”(daisy-chain)，从而形成线型拓扑结构。此外，它们还可以为更高级的配置使用星型或树型拓扑，尽管这并不常见。

PROFINET是以标准以太网为基础的，和您在家里或办公室里遇到过的那种以太网相同。标准以太网电缆适用于PROFINET网络。然而，大多数用户采用PROFINET电缆，它也是以太网电缆，但经过加固，可以承受工厂的恶劣环境。就像PROFIBUS一样，在一个PROFINET网络中，也有PLC、PAC和DCS，也有传感器、执行器、机器人、RFID阅读器和其他IO设备。但在PROFINET中，我们分别称这些为控制器和设备。与PROFIBUS类似，PROFINET也允许用户通过使用分布式IO机制来节省布线和安装成本。在设计网络时，PROFINET用户有更多的灵活性，可以选择多种拓扑结构：线型、星型、树型和环型。另外，由于PROFINET网络基于标准以太网，因此不需要专门的交换机。您可以利用标准的以太网交换机，以经济有效的方式实现灵活的拓扑结构选项。对交换机的唯一要求是，交换机需要是100Mbps，全双工的。

PROFIBUS网络的速度可以达到12Mbit/s，但大多数情况下运行速度为1.5Mbit/s。报文大小可以达到244字节，每个网络的地址空间限制为126个设备。PROFINET网络的速度可以达到100 Mbps，甚至1 Gbit/s或更高。报文大小可以达到1440字节，而且地址空间没有限制。PROFIBUS和PROFINET的另一个关键区别是数据交换机制。PROFIBUS采用的是主从交互，而PROFINET采用的是生产者消费者模型。在主从交互中，主站单向控制其所有的从站设备和进程。控制器将始终是主站，而IO设备将始终是从站。生产者消费者模型更加灵活。在PROFINET网络中，利用以太网的全双工性质，控制器和IO设备都可以承担消费者和生产者的角色。控制器以其生产者的角色向配置的IO设备提供输出数据，并且是从IO设备获得的输入数据的消费者。IO设备是输入数据的生产者和输出数据的消费者。

尽管两者之间有许多实质性的区别，PROFIBUS和PROFINET都是经过充分验证的行业领导者。它们都适合于满足离散、过程、混合和运动控制应用中的复杂自动化要求。
PROFIBUS的使用更普遍，这是有道理的。PROFINET是较年轻的技术，当它被引入时，行业中已经有数千万个已安装的PROFIBUS设备。在这两者之间，从技术和投资保护的角度来看，PROFINET显然是赢家。今天，PROFINET的采用正在呈指数级增长，在数年内，其采用将超过PROFIBUS。但即使如此，PROFIBUS仍将是行业的领导者，继续保持历史上领先的串行现场总线技术的地位。

更多信息请观看下方视频。

Q10: PROFINET IRT 与 RT的区别？

PROFINET网络设备在苛刻的工业环境中工作，提供制造厂要求的速度和精度。为了确保PROFIENT能够具有适当的性能，PROFINET通过以下的通信通道传递数据：

非时间敏感任务采用TCP/IP或UDP/IP通信；时间敏感的周期性数据交换任务采用PROFINET RT和PROFINET IRT，以及基于TSN的PROFINET。

PROFINET RT几乎能满足所有行业对时间的要求，几乎所有的PROFINET帧都是通过这种方式发送的。这种方法的整体性能取决于网络设计，但一般来说，可以实现在512ms到250ms之间的周期时间。

一个PROFINET帧具有PROFINET EtherType: 0×8892。在到达目的节点后，该帧被直接从以太网ISO/OSI模型的第2层定向到第7层，即PROFINET应用。该帧跳过了TCP/IP层，这样做大大提高了通信速度和确定性。

PROFINET IRT则比PROFINET RT更进一步。不可避免的是，在高网络流量下，一些时间敏感的信息会获得抖动。PROFINET IRT通过完善以太网流量的交换规则以及为PROFINET流量创建特殊规则来消除这些可变延迟。

PROFINET IRT满足所有同步要求，并允许周期时间低至31.25µs， 抖动为1µs的确定性通信。它经常被用于包装机、印刷机、木材加工机械和注塑成型机。

简单来说，PROFINET RT 几乎能够满足所有工业自动化时序的要求。大多数PROFINET网络可以完全依靠PROFINET RT 进行所有的周期数据交换。PROFINET IRT在满足高性能应用的需求方面又前进了一步。

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