PROFINET通信及應(yīng)用一、PROFINET協(xié)議二、PROFINET實(shí)時(shí)通信三、控制器間的數(shù)據(jù)交互一、PROFINET協(xié)議PROFINET是一種基于工業(yè)以太網(wǎng)和IT標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)，具有比PROFIBUS更多的優(yōu)點(diǎn)，因而在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中得到越來越廣泛地應(yīng)用。1.傳輸介質(zhì)和連接器（1）傳輸介質(zhì)目前PROFINET支持百兆以太網(wǎng)100BASE-TX，采用兩對(duì)雙絞屏蔽線(GP2×2系列)作為短距離信號(hào)傳輸。表1IEFC電纜GP2x2型系列名稱特點(diǎn)適用范圍GP2×2A型單股導(dǎo)體固定設(shè)備GP2×2B型較軟電纜偶爾移動(dòng)的設(shè)備GP2×2C型軟電纜經(jīng)常移動(dòng)的設(shè)備GP2×2船用耐腐蝕船用設(shè)備一、PROFINET協(xié)議GP2×2A型實(shí)物圖1所示，其中黃色/橙色用于發(fā)送信號(hào)，白色/藍(lán)色用于接收信號(hào)。圖1GP2x2A型一、PROFINET協(xié)議（2）連接器目前PROFINET支持RJ45網(wǎng)線接口和M12網(wǎng)線接口等。電纜與連接器的連接方法如表2-15所示，表2電纜與連接器的連接方法名稱功能導(dǎo)線顏色RJ45M12TD+發(fā)送數(shù)據(jù)黃11TD-發(fā)送數(shù)據(jù)橙23RD+接收數(shù)據(jù)白32RD-接收數(shù)據(jù)藍(lán)64一、PROFINET協(xié)議PROFINET與PROFIBUS的比較如表3所示。表3PROFINET與PROFIBUS的比較名稱PROFINETPROFIBUS最大傳輸速率100Mbit/s12Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸方式全雙工半雙工網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型、線型、樹型線型一致性數(shù)據(jù)范圍254字節(jié)32字節(jié)網(wǎng)段長度100m100m主站個(gè)數(shù)無限制多主站會(huì)影響速率診斷功能強(qiáng)弱一、PROFINET協(xié)議2.PROFINET通信協(xié)議模型PROFINET通信協(xié)議模型同樣符合ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，如表4所示。表4PROFINET通信協(xié)議模型表ISO/OSIPROFINET7bPROFINET

IO服務(wù)(IEC61784)PROFINET

IO協(xié)議(IEC61158)PROFINET

CBA(IEC

61158)7a無連接RPC面向連接RPC(DCOM)4UDP(RFC768)TCP(RFC793)3IP(RFC791)IP(RFC791)2IEEE802.3全雙工IEEE802.1優(yōu)先標(biāo)識(shí)1IEEE802.3

100BASE-TX，100BASE-FX一、PROFINET協(xié)議PROFINET通信種類：TCP/IP用于對(duì)通訊速率要求不高的數(shù)據(jù)傳輸。如設(shè)備組態(tài)、設(shè)置參數(shù)和下載上傳程序、低精度過程控制、低精度運(yùn)動(dòng)控制等。軟實(shí)時(shí)(SRT)技術(shù)用于對(duì)通訊速率要求較高的數(shù)據(jù)傳輸。如高精度過程控制、中精度的運(yùn)動(dòng)控制等。等時(shí)同步實(shí)時(shí)(IRT)技術(shù)用于對(duì)通訊速率要求高的數(shù)據(jù)傳輸，如高精度的運(yùn)動(dòng)控制等。一、PROFINET協(xié)議3.PROFINET的種類PROFINET有兩種數(shù)據(jù)交換方式，分別為PROFINETI/O，PROFINETCBA。（1）PROFINETI/O①簡介用于分布式I/O自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其工作性質(zhì)類似于PROFIBUS—DP。傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等裝置連接到I/O設(shè)備上，通過I/O設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)中還有對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的I/O控制器和I/O監(jiān)視器。PROFINETIO支持實(shí)時(shí)通信(RT)和等時(shí)同步通信(IRT)工作模式。數(shù)據(jù)傳輸速率高于PROFIBUS—DP。一、PROFINET協(xié)議②系統(tǒng)基本組成如圖2所示。圖2系統(tǒng)基本組成一、PROFINET協(xié)議IO控制器：讀寫I/O設(shè)備的過程數(shù)據(jù)，接收I/O設(shè)備的報(bào)警診斷信息，執(zhí)行自動(dòng)化控制程序。IO監(jiān)視器：讀寫I/O控制器的數(shù)據(jù)，上位機(jī)可編寫、上傳、下載、調(diào)試控制器的程序，上位機(jī)、HMI可對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控。IO設(shè)備：連接現(xiàn)場(chǎng)分散的檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳遞現(xiàn)場(chǎng)采集的各類數(shù)據(jù)，傳遞執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指。③應(yīng)用案例在西門子PLC中應(yīng)用時(shí)，其組態(tài)要求：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)必須分配設(shè)備名稱。設(shè)備名稱必須符合要求。例如：CPU314C分配名稱為PLC01，人機(jī)界面分配名稱為HMI02。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)必須分配IP地址，各IP地址要在同一網(wǎng)段內(nèi)。例如：HMI的IP地址為，CPU314C的IP地址為。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的子網(wǎng)掩碼相同。例如：。如果節(jié)點(diǎn)之間采用通信報(bào)文方式傳輸數(shù)據(jù)，必須建立通訊伙伴關(guān)系。一、PROFINET協(xié)議（2）PROFINETCBA(Commponent-BasedAutomation)①簡介把典型的控制環(huán)節(jié)做成標(biāo)準(zhǔn)組件，這些標(biāo)準(zhǔn)組件可以完成不同的標(biāo)準(zhǔn)控制任務(wù)。一個(gè)復(fù)雜的控制任務(wù)，可以分解成若干個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)。從中選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)組件連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)組件的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，就能完成一個(gè)復(fù)雜的控制任務(wù)。PROFINETCBA就是模塊化的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，它特別適用于大型控制系統(tǒng)。通信速率略低于PROFINETIO。一、PROFINET協(xié)議②系統(tǒng)基本組成系統(tǒng)基本組成如圖3所示，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件是由控制器、分布式I/O設(shè)備、監(jiān)視設(shè)備、檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組合而成，圖3系統(tǒng)基本組成一、PROFINET協(xié)議③特點(diǎn)1）減少了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作量。2）模塊化的組件具有高度的獨(dú)立性和完整性，減少了系統(tǒng)的調(diào)試工作量。3）簡化了系統(tǒng)的維護(hù)工作量。④使用要求為了完成某個(gè)特殊任務(wù)，需要設(shè)計(jì)者創(chuàng)建組件，并生成PCD文件。標(biāo)準(zhǔn)組件通常由設(shè)備制造商提供，采用標(biāo)準(zhǔn)化的PCD(PROFINETComponentDescription)文件描述。PCD文件應(yīng)用XML生成并存儲(chǔ)，硬件組態(tài)時(shí)需要這個(gè)文件。二、PROFINET實(shí)時(shí)通信根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，PROFINET支持三種通訊方式：TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊、實(shí)時(shí)通訊(RT)、等時(shí)同步實(shí)時(shí)通訊(IRT)。圖4IRT、RT、TCP\IP通訊相應(yīng)時(shí)間對(duì)比二、PROFINET實(shí)時(shí)通信1.TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊使用TCP/IP協(xié)議的非實(shí)時(shí)通訊通道，響應(yīng)時(shí)間為100ms，主要用于設(shè)備參數(shù)化、組態(tài)和讀取診斷數(shù)據(jù)。圖5PROFINETTCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊二、PROFINET實(shí)時(shí)通信2.實(shí)時(shí)通訊(RT)使用實(shí)時(shí)通道RT，是軟實(shí)時(shí)SRT(SoftwareRT)方案，響應(yīng)時(shí)間為5-10ms，使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)器件（如交換機(jī)）來保證實(shí)時(shí)性。使用了標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識(shí)符（VLAN）對(duì)實(shí)時(shí)幀進(jìn)行優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)，從而控制運(yùn)行時(shí)間內(nèi)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流，并利用以太網(wǎng)類型和幀類型標(biāo)識(shí)符將幀分配到相應(yīng)的實(shí)時(shí)通道中，主要用于工廠自動(dòng)化。圖6PROFINET實(shí)時(shí)通訊(RT)二、PROFINET實(shí)時(shí)通信

圖7PROFINET同步實(shí)時(shí)通訊(IRT)三、控制器間的數(shù)據(jù)交互1.任務(wù)引入由于PLC自身的數(shù)據(jù)處理量和速度是有極限的，且PLC的信號(hào)傳輸也受距離限制，如果采用一臺(tái)超大型PLC不僅會(huì)有外接電波的干擾，還會(huì)大大增加工程成本。在實(shí)際工程中為了方便調(diào)試和維護(hù)，通常一個(gè)PLC只完成某種特定的功能，因此經(jīng)常會(huì)采用多站點(diǎn)并互聯(lián)PLC來解決這些問題。這就需要多臺(tái)PLC通過通信從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中PLC_1主要與倉儲(chǔ)單元等單元模塊進(jìn)行直接通信，PLC_2直接與總控單元的急停按鈕、三色燈等報(bào)警裝置關(guān)聯(lián)。若要實(shí)現(xiàn)單元模塊的運(yùn)行狀態(tài)通過PLC_2的報(bào)警裝置顯示出來，就要建立兩PLC之間的通信。三、控制器間的數(shù)據(jù)交互2.任務(wù)內(nèi)容如圖8所示，利用“TSEND_C”指令和“TRCV_C”指令建立兩PLC之間的通信，以PLC_1的MB900作為數(shù)據(jù)的發(fā)送區(qū)，以PLC_2的MB1000作為數(shù)據(jù)的接收區(qū)，實(shí)現(xiàn)將PLC_1中的標(biāo)志位存儲(chǔ)區(qū)（MB900）的INT型數(shù)據(jù)（0~255）傳輸至PLC_2的標(biāo)志位存儲(chǔ)區(qū)（MB1000）。通信建立完成后通過修改PLC_1中MB900的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（INT型）并查看PLC_2中MB1000的數(shù)據(jù)是否與其一致，以此測(cè)試數(shù)據(jù)的交互是否正常。圖8數(shù)據(jù)交互三、控制器間的數(shù)據(jù)交互3.任務(wù)實(shí)施序號(hào)操作步驟示意圖一、通信組態(tài)1分別將兩臺(tái)PLC的網(wǎng)口連接到交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬件的連接2在組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)視圖中點(diǎn)擊PLC網(wǎng)口，更改兩PLC在組態(tài)中的IP地址，使它們位于同一子網(wǎng)中三、控制器間的數(shù)據(jù)交互序號(hào)操作步驟示意圖3在設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)視圖中將PLC1和PLC2的網(wǎng)絡(luò)端口連接到一起，完成網(wǎng)絡(luò)連接的組態(tài)4在PLC1的組織塊【OB1】中，添加通信指令組中的“TSEND_C”指令，將PLC1建立為發(fā)送站三、控制器間的數(shù)據(jù)交互序號(hào)操作步驟示意圖5點(diǎn)擊指令塊中的組態(tài)設(shè)置按鍵，以設(shè)置PLC之間的連接參數(shù)6在連接參數(shù)中，本地選擇“PLC_1”，伙伴選擇“PLC_2”，對(duì)應(yīng)的接口、子網(wǎng)和IP地址自動(dòng)出現(xiàn)三、控制器間的數(shù)據(jù)交互序號(hào)操作步驟示意圖7連接類型選擇“TCP”，PLC_1建立主動(dòng)連接。然后分別新建PLC_1與PLC_2的連接數(shù)據(jù)，自動(dòng)出現(xiàn)“PLC_1_Send_DB”與“PLC_2_Receive_DB_1”8根據(jù)表XX中所示的數(shù)據(jù)類型，為“TSEND_C”的各數(shù)據(jù)接口分配數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，如右圖所示三、控制器間的數(shù)據(jù)交互序號(hào)操作步驟示意圖9在PLC2的組織塊【OB1】中，添加通信指令組中的“TRCV_C”指令，將PLC2建立為接收站10參考步驟4和5，設(shè)置PLC之間的連接參數(shù)。主動(dòng)建立連接依然選擇“PLC_1”，連接類型為“TCP”，對(duì)應(yīng)的連接數(shù)據(jù)與步驟6保持一致三、控制器間的數(shù)據(jù)交互序號(hào)操作步驟示意圖11根據(jù)表XX中所示的數(shù)據(jù)類型，為“TRCV_C”的各數(shù)據(jù)接口分配數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，如右圖所示二、通信測(cè)試12將編制的程序分別下載至PLC_1和PLC_2，并啟動(dòng)PLC運(yùn)行三、控制器間