工业以太网解读:西门子PROFINET的三种通信模式

前面我们整体解读了工业现场总线、工业以太网和工业无线：

最详细的工业网络通讯技术与协议总结解读（现场总线、工业以太网、工业无线）

也解读了PROFINET、Ethernet/IP、Modbus TCP、EtherCAT等7种主流工业以太网：

技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网

今天我们详细来聊一聊PROFINET的三种通信模式~

众所周知，工业网络技术正从传统的现场总线向工业以太网方向发展，工业以太网在工业网络中的占比也在逐年增高，西门子作为全球顶级自动化大厂，其主导的PROFINET在工业领域占有极高的市场份额（见下图），今天我们主要来聊一聊其中的PROFINET~



来源：工业通信报告

前面我们在介绍PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE等7大工业以太网的时候，介绍过如今的工业以太网分为三类：

1.完全基于TCP\UDP\IP，Process Data通过TCP/IP传输，硬件层未更改，采用传统以太网控制器；



典型的有EtherNet/IP、Modbus、PROFINET NRT

2.部分基于TCP\UDP\IP，硬件层未更改，具有Process Data协议，直接由以太网帧进行传输，TCP/UDP依然存在，不过由Timing Layer控制；



典型的有PROFINET RT和POWERLINK

3.硬件层更改，使用实时以太网控制器



典型的有CC-Link IE、SERCOS III、ETHERCAT和PROFINET IRT



从工业以太网的三大类当中，可以看出PROFINET在每一种类型中都有自己的位置，也就决定了PROFINET的三种通信模式（如上图所示）：

1.PROFINET标准通信基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP是IT 领域关于通讯协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在100 ms的量级，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。

2.PROFINET RT：对于传感器（远程IO设备）和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格，大概需要1－10ms的响应时间。

3.PROFINET IRT：在现场级通讯中，对通讯实时性要求最高的是运动控制（MotionControl），PROFINET的同步实时（IsochronousReal-Time, IRT）技术可以满足运动控制的高速通讯需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1μs。

从通信的角度去思考，一般来说，通信的层级越多，意味着处理时间越长，数据在发送和接收的过程中在不同的层级不断的需要封装和解封装（如下图所示）：



前面我们在介绍基本以太网知识的时候，有仔细介绍过OSI的七层协议：

必备的工业以太网的基础知识

下图就很好的解释了PROFINET的三种通信模式，当然，值得注意的是，随着TSN技术的不断普及，PROFINET规范V2.4版本中，最大亮点是实现了将TSN作为第二层的技术集成到PROFINET架构中~



时间敏感网络（TSN-time sensetive networking）就是为了满足工业实时通讯而生的一套协议标准。作为IEEE802.1工作组中的一套协议标准，定义了以太网数据传输的时间敏感机制，确保了以太网能为关键数据的传输提供稳定保障又一致的服务级别。



“TSN包含多个独立的标准，这些标准只属于OSI通信的第二层。”



除了PROFINET之外，其它各大工业以太网也逐步的增加了对TSN的支持，前面我们就聊到过：

从以太网到TSN，7大工业以太网、OPC UA的工业实时通信

为什么一定要了解OPC UA TSN——未来的工业通信标准

总之，在工业互联网时代，网络体系作为工业互联网的三大体系之一，工业网络的发展必然也会发生翻天覆地的变化，究竟各大工业以太网和OPC UA谁能笑到最后，我们拭目以待~

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