PROFINET现场设备及通信模型

PROFINET现场设备及通信模型的知识点可以分为几个部分来详细说明，包括PROFINET IO通信方式、特性、与PROFIBUS的比较以及在工业自动化中的应用。 PROFINET IO是西门子提出的工业以太网通信协议，它基于工业以太网标准和实时以太网技术，可以实现工业自动化系统中各组件之间的实时数据通信。PROFINET IO的特点包括实时性、组态灵活性、诊断功能、网络拓扑选择自由度、无线通信能力、数据传输效率以及对IT技术的集成等。 PROFINET的实时性能可以达到毫秒甚至微秒级别的周期时间。每个设备的数据量大小可以从1到100字节，甚至更多。设备可以同步到一个时钟周期，抖动精度可以达到微秒级别。网络拓扑可以自由选择和组合，支持无线通信，能够将过程数据、HMI、组态、诊断数据甚至更多种类的信息通过同一根线传输。 PROFIBUS是另一种工业通信标准，由西门子公司在1980年代后期推出，尽管其对工业自动化领域有着深远的影响，但随着时间推移和技术发展，其性能和功能已逐渐难以满足现代工业生产对自动化的需求。PROFIBUS的局限性包括最大报文长度为244字节，最大传输波特率为12Mbit/s，总线周期依赖于设备数量和数据量的大小，一致性数据块的最大大小为32字节。此外，PROFIBUS网络采用分级架构，每个网络只能有一个一类DP主站，网络扩展受到限制，比如12Mbit/s速率下最大距离为100米，整个PROFIBUS网络最大节点数限制为126个节点。 与PROFIBUS相比，PROFINET是开放的、标准的工业以太网技术，基于UDP/IP和IT标准，支持故障安全实时通信和IT标准。PROFINET可以将生产过程控制、故障安全、实时通信、IT标准与安全无缝集成，实现分布式现场设备网络安装、运动控制和分布式自动化。PROFINET还支持将传统自动化设备，如PG/PC、HMI、PLC等，连接到工业以太网环境中。 PROFINET IO通信模型中还包括网络的实时性特点，支持实时数据通信，其数据传输类型包括三种：NRT（基于IP的非实时通讯）、RT（周期的实时通讯）和IRT（周期的、确定性和同步通讯）。其中RT和IRT两种通信方式具有不同的性能要求和应用场景，为不同类型的自动化任务提供支持。 PROFINET还提供了对现有PROFIBUS系统到PROFINET的迁移方案。这种迁移允许对现有PROFIBUS设备进行集成，并且在新系统中应用PROFINET的技术优势。PROFINET的新技术还包含设备IO子模块的灵活分配给不同的控制器，一个子模块可以明确地分配给一个控制器，甚至支持智能设备集IO控制器和IO设备功能于一体。 另外，PROFINET还包含了节能功能，比如PROFIenergy，它允许在保持高效生产的同时节约工厂电能。网络中的IO控制器和IO设备可以灵活地协调工作，以优化数据通信和能源使用。 在实际应用中，PROFINET能够实现生产者和消费者模型的实时数据交换，通过各种技术手段，如看门狗时间、故障处理、实时通道管理等，确保数据的准确及时传输，同时具备高度的可诊断性和可靠性。 PROFINET现场设备及通信模型不仅提供了高速度、高可靠性的工业通信手段，还使得各种自动化设备可以更加高效地进行数据交互与控制。通过将各种工业通信标准与最新的以太网技术相结合，PROFINET正成为现代化工业自动化的关键技术之一。