PROFINET网络特点

近年来，微处理器与PC的成本正在变得越来越低，而工业现场的控制方式也从过去的集中式控制走向分布式智能控制。每一台设备、传感器、执行器、I/O、阀、驱动器也成为一个个智能节点，被接入到网络系统中，越来越多地通过工业以太网进行连接和通信。而PROFINET能将所有这些不同层次的系统整合到一个统一的、功能丰富的网络中。

“PROFINET的生态系统很开放，性能很好。而其最本质的特点就是一网到底。“其应用分为几个层次，涵盖现场层的传感器、设备层的普通设备、控制层控制器和操作层监控器，这是其他网络协议做不到的。PROFINET在工厂自动化、过程控制以及轨道交通行业，已取得较为广泛的应用。

除一网到底外，通过对数据通道的划分，PROFINET允许不同类型的数据可以在各自的通路上进行传输。据了解，PROFINET分两类不同性能的实时周期通讯，一种是RT（实时通讯），主要用于工厂自动化，这一类通讯时间同步的要求不是很高，一般只要求响应时间为 5-10ms。而另一种通讯是IRT（等时同步实时），实行硬实时HRT（Hardware RT）方案，由内嵌的同步实时交换芯片保证，主要用于有苛刻时间同步要求的场合，如运动控制应用等。除实时通讯外，PROFINET还有一个使用TCP/IP协议的非实时通讯的标准通道，一般用于设备参数化、组态和读取诊断数据。PROFINET实现了对数据通路的划分，也就意味着实现了工业现场总线的“多线合一”。

此外，PROFINET的开放还体现在对友商产品的兼容，PROFINET可以集成包括Profibus和EtherCat在内其他总线系统，在多个制造商产品之间实现通讯，提供了对现有系统投资的保护，也大大节省配置和调试费用。在库卡的客户应用案例中，PROFINET就实现了同EtherCat的分工合作。EtherCat负责运动控制，而PROFINET负责产线、工厂级通讯。

相对于PROFIBUS来说，PROFIBUS的故障绝大部分都是物理层问题造成的通讯故障，



 
PROFINET于PROFIBUS正好相反，大部分的故障是由于逻辑层的问题所造成，



正常运行情况下存在的故障
■ 安装缺陷
■ 瓶颈
■ 流量的变化
■ 意外的事件

PROFINET系统的拓扑
■ 两配对线缆(1-2 和3-6)
■ 设备到设备连接
■ 两台设备之间用一条网线连接
■ 设备有中继功能和交换功能
■ 智能的设备

对于PROFINET来说影响系统稳定的物理层的参数有哪些？
主要的参数是电缆的长度、串扰、衰减等， CAT5e规定了100米长度的串扰和衰减值，但是当电缆为3米、1.5米的时候衰减还是24dB还算是好的吗？
所我们建议了如下的不同长度电缆的串扰和衰减值：



前面说过，PROFINET的故障原因90%是逻辑层问题造成的，那么逻辑层的主要几个因素如下：
1. 逻辑质量参数– 报文错误
 报文被损坏
(z.B. CRC错误, 碎片…)
 建议: 0
（原因：100%的抖动、设备的错误、交换机的discard等）



2. 逻辑质量参数– 报文抖动
■ 抖动: 设计的和具体的刷新时间之间的差距
（设备不遵守刷新时间、太多的TCP/IP报文，无益的网络结构、连接外边的，主动的诊断工具）
建议: 50%以下



抖动形象点的比喻就是类似火车的晚点，在规定的时间没有到达。
*另外对抖动影响较大因素就是其中之一就是“拓扑层级深度/刷新时间”





报文经过的交换机层级和设备刷新时间的关系会影响到报文传输时间及网络负载

3. 逻辑质量参数– 报文的缺口
■ 报文漏掉
提醒: 对PROFINET协议来说，3个连续的缺口还算合格
■ 建议: 0



4. 逻辑质量参数– 负载
■ 最高的流量是 100 MBit/s
■ 设备属于负载级类
■ 负载级Netload class I: 1%
■ 负载级Netload class III: 5%

■ 建议:系统负载在20%以下没问题，如果超过50%以上一定要改善

*设计PROFINET的拓扑 –预计网络负载
     下图是一个设计不合理的拓扑结构，TCP/IP设备产生的报文需要经过每个PN设备来处理，这样增加了PN设备的负载量，容易造成通讯故障。



下图是修改过后的拓扑结构，TCP/IP设备产生的报文直接经过管理型交换机传输，管理型交换机具有区别周期性报文和非周期性报文的功能，PN报文具有优先处理权，这样可以减小网络负载，避免通讯故障。



5. 逻辑质量参数– 流量比例
循环式PROFINET通讯和别的通讯之间的比例 (比如 TCP/IP报文       )

建议: 100:1

*注：数据吞吐量&瓶颈

在PROFINET 中，术语“数据吞吐量”是指相关控制器在一定时间内能够处理的数据量(有关过程数据)，原则上不超过4500 byte/ms。一般来说，网络负荷瓶颈在控制器端口。
测量值仅供参考！