PROFINET：工業網絡中的安全通信標準

PROFINET 是 PROFIBUS 的進一步發展，通過基於工業以太網的有用新應用擴展了現場總線標準。但是 PROFINET 究竟是如何工作的呢？為什麼要將這種通信協議用於工廠或過程自動化呢？以及要如何區分 PROFIBUS 和 PROFINET 呢？

PROFINET 提供了以下好處：

通過代理或網關簡單無縫地集成已建立的現場總線系統
高運行可靠性和可用性
透明的數據可訪問性
詳細且有意議的診斷選項

PROFINET 的基礎知識

PROFINET 可用於在工廠自動化、過程自動化和樓宇自動化領域實施自動化解決方案。此外，解決方案還用於安全應用以及整個驅動技術範圍，包括時鐘同步運動控制。

開放式工業以太網標準

PROFINET (Process Field Network) 是基於工業以太網的通信標準，具有廣泛的應用範圍。現場總線使用 TCP/IP 和 IT 標準，具有實時功能，並且可以集成現場總線系統。 PROFINET 由西門子和 PROFIBUS 用戶組織 (PNO) 的成員公司共同開發，與西門子控制系統結合使用。 PROFINET 已通過 IEC 61158 和 IEC 61784 標准進行標準化，並且作為一種通用通信技術，它滿足了自動化技術的所有要求。
PROFINET 設備通過 PNO 用戶組織認證，可保證其全球兼容性。

為什麼 PROFINET 是工廠自動化的理想選擇：

PROFINET 以其基於 Ethernet 的一致通信滿足了各種各樣的需求。從數據密集型參數化到極快的 I/O 數據傳輸，PROFINET 只需一個系統即可實現實時自動化和 IT 集成。由於採用了模塊化結構，用戶可以單獨選擇合適的 PROFINET 軟件包（應用程序配置文件）並在其係統中實施。
PROFINET 的開放式體系結構還可以輕鬆無縫集成已建立的現場總線解決方案，例如通過使用代理或網關。此外，PROFINET 還為現場設備和網絡提供智能診斷概念。在此過程中，非循環診斷數據提供有關 PROFINET 設備狀態及其通信的重要信息，從而使用戶可以方便地表示網絡。

PROFINET 的功能範圍

為了滿足自動化系統的不同要求，為 PROFINET 定義了四個相互依賴的一致性類別 (CC)，每種類別都具有與典型應用領域相協調的功能範圍。這些總結了面向應用的最低要求：

CC-A 包含基本功能，例如專門用於樓宇自動化
CC-B 通過網絡診斷和拓撲信息擴展了功能範圍；CC-B(PA) 增加了與過程自動化相關的功能，例如冗餘和“動態重新配置”（在運行期間更改控制器配置）
CC-C 是實現 IRT 通信（等時實時）的又一擴展，因此是同步應用的基礎
CC-D 擴展了 C 類，其區別在於這些服務由 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 定義的 TSN (Time-Sensitive Networking) 機制提供

通信協議的結構

PROFINET 將眾所周知的 OSI 七層模型簡化為簡單的 TCP/IP 四層模型。因此，與其他基於 Ethernet 的通信技術一樣，PROFINET 使用 TCP/IP 協議來傳輸數據。 TCP/IP 模型的四個特定層是：主機到網絡層、網絡互連層、傳輸層、應用層。

PROFINET 的數據傳輸和拓撲結構

數據交換和實時能力

PROFINET 由於採用提供者-消費者原則可在網絡節點之間進行數據交換。這意味著控制器和現場設備（IO 設備）將在由於故障或請求而必鬚髮送循環數據時立即自動發送。也可能存在已編程的請求，例如每 x 毫秒自動發送數據一次。
為了實時滿足高要求，PROFINET 提供了適當的機制，可同時實現標準和實時通信。因此，可以在三個相互依賴的性能級別上擴展與 PROFINET 的通信：

工程和非時間緊迫的數據通過 TCP/IP 傳輸。所有自動化設備之間都可以進行這種標准通信。
實時通道實時 (RT) 可用於過程數據傳輸。
對於運動控制等同步應用，使用等時實時通信 (IRT) ，以小於 1 毫秒的時鐘速率實現 1 µs 或更小的抖動精度。

網絡拓撲

PROFINET 提供靈活的網絡拓撲，以最佳方式滿足空間擴展和可用性方面的要求，因此可輕鬆地遵循系統條件。支持：

主要用於將終端設備與現場集成交換機連接的線路
主要安裝在控制櫃中帶中央開關的星形開關
主要用於實現介質冗餘的環
以及作為上述拓撲混合體的樹

連接技術

僅通過交換機連接 PROFINET 設備。為了使安裝經濟高效且簡單，許多 PROFINET 設備已經將具有 2 個或更多端口的交換機集成為網絡中的組件。銅和光纖可用作傳輸介質。
由於 PROFINET 使用與 Ethernet 相同的物理界面，因此可以應用標準以太網交換機和適當的佈線來構建或擴展網絡。

PROFINET IO 系統的結構

PROFINET IO（輸入和輸出）網絡由三個系統組件（設備類）組成。 IO 控制器啟動信息交換並通過可編程邏輯控制器 (PLC) 進行管理。分配給 IO 控制器的 IO 設備（分散式 IO 設備），以及允許配置和診斷 PROFINET IO 網絡的 IO 監控器（編程設備 (PG)，個人計算機 (PC) 或人機界面 (HMI)）。

PROFINET：PROFIBUS 的進一步發展

PROFIBUS是基於串行通信的既定現場總線系統。另一方面，PROFINET 是 PROFIBUS 的進一步發展，包括基於工業以太網的其他應用。
PROFINET 的發展取決於網絡用戶數量、工業以太網電纜的使用、傳輸速度、數據包的大小以及與 PROFINET 可以接受的與其他協議可能的共存。
由於兩個通信標準都由同一組織開發和維護，因此在工程概念和使用 GSD (General Station Description) 文件來描述 PROFINET 設備的屬性和功能（包括其模塊和子模塊）方面都有相似之處。

Bürkert 的能力

多年來，我們一直是業內值得信賴的合作夥伴，為客戶提供優質的技術解決方案。這一點在自動化技術領域也不例外。數字通信是現代自動化概念的一個重要組成部分。因此，我們的每一產品均由內部專家使用 PROFINET-IO 協議進行測試和預認證，然後由 PNO 認證。因此，PROFINET IO 產品的中央認證可確保全球兼容性。 Bürkert 多年來一直是 PNO 的成員
為了能夠更好地幫助您實現生產設備的自動化，我們在許多應用和產品中都為您提供 PROFINET IO 通信協議。