PROFINET嵌入式系统工业现场总线通信设计(3)

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PROFINET是由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS InternatIOnal，PI）推出的，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点领域，并且，作为跨供应商的技术，它可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。

1.2 国际发展现状及中国的发展状况及前景

PI-China理事会与所有的会员单位一起在2012年4月6日发布了关于PROFIBUS&PROFINET技术产品在全球市场应用中的最新报告：2011年，PROFIBUS的安装节点数增长了大约500万左右，达到超过4000万的规模，其中PROFIBUS-PA的节点数达到680万个；PROFINET作为世界领先的工业以太网技术，其安装节点数在短短几年内就已经获得了430万的可喜成绩；此外，PROFIsafe安装节点的规模为150万(2011年新PROFIsafe节点数达40万)。IMS预测，2015年中国PROFINET的安装节点数将占据中国工业以太网市场的28%，超过位列第二的EthernetIP(22%)6个百分点。

作为国际现场总线标准IEC 61158中的类型10，PROFINET已经成为了国际上领先的工业以太网技术，其发展从最初的PROFINET CBA（基于组件的自动化）到后来的PROFINET IO，在工厂自动化领域尤其在汽车行业得到了广泛的应用。今后，PI国际组织已明确将PROFINET作为技术发展的重点，来自全世界自动化技术主流的供应商以及来自生产与过程技术领域的用户都将参与到PROFINET技术发展与创新的道路上来，例如基于PROFINET的功能安全的PROFIsafe、用于能效管理的PROFIenergy、PROFINET在过程自动化中应用等。目前，在PI国际组织即将发布的PROFINET V2.3版本中，又特别增加了新特性如快速转发（Fast Forwarding）、动态帧封装（Dynamic Frame Packing）和分包（FragmentatIOn）技术，使得循环时间可降低至31.25μs 而不影响标准数据的并发传送。即将发布的PROFINET新特性甚至是可以满足未来应用需求的必要特性。PROFINET技术在中国的应用与开发可以说还处于起步阶段，但是从全球迅速增长的430万安装节点来看，我们有充分理由相信它会在中国也取得与PROFIBUS同样的成功[2]。

从以上的论述中，我们不难看出，PROFINET的发展势头还是相当强劲的，PI旗下的会员公司十分庞大，而且实力雄厚，从这一点我们就能预测，PROFINET在未来的工业总线中必将占据十分显要的位置。这也是我研究PROFINET而不去研究其他的工业总线的原因。不过到目前为止国内研究PROFINET的公司还是寥寥无几，很多设备都是国外开发的，如西门子和赫优讯等公司。

1.3 PROFINET总述

PROFINET可分为PROFINET CBA及PROFINET IO二种：PROFINET CBA适合经由TCP/IP，以元件为基础的通讯，而PROFINET IO 则使用在需要实时通讯的系统中。PROFINET CBA和PROFINET IO可以在同一个网络中出现。PROFINET IO是为分散式周边的实时（RT）及等时（英语：Isochronous）实时（IRT）通讯所设计。其名称RT及IRT只是在说明配合PROFINET IO通讯时的实时特性。

图 1.1 分布式现场设备

1.3.1 PROFINET IO

PROFINET IO是工业以太网上实现模块化和分布式应用的实现方案，PROFINET IO定义和现场连接的外部设备的通讯机能，其基础是级联性的实时概念，PROFINET IO定义控制器（有“主站机能”的设备）和其他设备（有“从站机能”的设备）之间完整的资料交换、参数设定及诊断机能。支持PROFIBUS通讯协定的设备可以无缝的和PROFINET网络连接，不需要IO代理器（IO-Proxy）之类的设备。设备开发者可以利用市面上贩售的以太网控制器来开发PROFINET IO设备。PROFINET IO适用在网络循环时间在数ms的系统。论文网