PROFINET总线技术基础【技术专攻】

1 1PROFINETPROFINET总线技术基础总线技术基础2 21 1 工业以太网工业以太网2 PROFINET2 PROFINET基础基础3 PROFINET3 PROFINET的通信技术的通信技术4 PROFINET4 PROFINET的种类的种类 5 PROFINET IO5 PROFINET IO的组态的组态3 3第一节第一节 工业以太网工业以太网u 概述概述u 技术特点技术特点u 传输介质和连接器传输介质和连接器4 4一、概述一、概述 工业以太网工业以太网(Industrial Ethernet)(Industrial Ethernet)是西门子公司是西门子公司提出的一种基于以太网的工业通讯模式，它遵循国际提出的一种基于以太网的工业通讯模式，它遵循国际标准标准IEEE802.3IEEE802.3。工业以太网和局域网都是采用工业以太网和局域网都是采用TCP/IPTCP/IP协议，因而协议，因而可以直接和局域网的计算机互连，便于共享网络中的可以直接和局域网的计算机互连，便于共享网络中的数据，可以用数据，可以用IEIE浏览器访问终端数据。浏览器访问终端数据。5 5l 常见网络结构常见网络结构6 6l 常见网络结构常见网络结构7 7二、技术特点二、技术特点1.1.兼容性好，适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容性好，适合于解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作等问题。兼容和互操作等问题。2.2.数据传输速率高、传输距离远，具有数据传输速率高、传输距离远，具有1010100M/bits100M/bits的自适应传输速率，传输距离最大可达的自适应传输速率，传输距离最大可达150km150km。3.3.可以通过可以通过InternetInternet对企业生产进行远程监控。实现对企业生产进行远程监控。实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接，实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接，实现企业管控一体化。企业管控一体化。4.4.抗干扰能力强，适应严酷的工业生产环境。抗干扰能力强，适应严酷的工业生产环境。5.5.快速的网络故障定位与诊断。快速的网络故障定位与诊断。8 8三、传输介质和连接器三、传输介质和连接器 目前采用多芯双绞线作为短距离信息传输，无线目前采用多芯双绞线作为短距离信息传输，无线作为中距离信息传输，光纤作为远距离信息传输。作为中距离信息传输，光纤作为远距离信息传输。多芯双绞线常用的有多芯双绞线常用的有8 8芯、芯、4 4芯两种，使用芯两种，使用RJ45(RJ45(俗俗称水晶头称水晶头)连接器作接线端子。连接器作接线端子。RJ45RJ45有有8 8芯和芯和4 4芯两种。芯两种。9 91 1、8 8芯双绞线和连接器芯双绞线和连接器1010l RJ45 RJ45的安装方法的安装方法11112 2、4 4芯双绞线和连接器芯双绞线和连接器1212l RJ45 RJ45的安装方法的安装方法13131-1-橙白橙白2-2-橙橙3-3-绿白绿白6-6-绿绿14143 3、检查、检查1515第第二节二节 PROFINETPROFINET基础基础u 概述概述u 网络结构网络结构u 传输介质和连接器传输介质和连接器u PROFINET PROFINET与与PROFIBUSPROFIBUS的比较的比较1616一、概述一、概述 PROFIBUS PROFIBUS国际组织于国际组织于19991999年开始研发新一代总线年开始研发新一代总线系统系统PROFINETPROFINET。因全球知名的自动化设备制造商的。因全球知名的自动化设备制造商的支持，支持，20002000年底，年底，PROFINETPROFINET正式成为了正式成为了IEC61158IEC61158标准标准的第的第1010种现场总线。种现场总线。PROFINET PROFINET是一种基于工业以太网和是一种基于工业以太网和ITIT标准的现场标准的现场 总线通信系统，具有比总线通信系统，具有比PROFIBUSPROFIBUS更多的优点，因而在更多的优点，因而在自动化控制领域中得到越来越广泛地应用。自动化控制领域中得到越来越广泛地应用。1717二、网络结构二、网络结构1818要求使用带有交换功能的设备！要求使用带有交换功能的设备！1919三、传输介质和连接器三、传输介质和连接器1 1、传输介质、传输介质 目前目前PROFINETPROFINET支持百兆以太网支持百兆以太网100BASE-TX100BASE-TX，采用，采用两对双绞屏蔽线两对双绞屏蔽线(GP2(GP22 2系列系列)作为短距离信号传输。作为短距离信号传输。名称名称特点特点适用范围适用范围 GP2GP22 A2 A型型单股导体单股导体固定设备固定设备GP2GP22 B2 B型型较软电缆较软电缆偶尔移动的设备偶尔移动的设备GP2GP22 C2 C型型软电缆软电缆经常移动的设备经常移动的设备GP2GP22 2 船用船用耐腐蚀耐腐蚀船用设备船用设备IE FCIE FC电缆电缆GP2GP22 2型系列型系列2020l GP2 GP22 A2 A型型黄色黄色/橙色用于发送信号，白色橙色用于发送信号，白色/蓝色用于接收信号。蓝色用于接收信号。21212 2、连接器、连接器RJ45RJ45连接器连接器M12M12连接器连接器混合连接器混合连接器2222l RJ45 RJ45连接器连接器IP20IP20防护防护FCFC型型(工业中常用工业中常用)IP20IP20防护普通型防护普通型IP67IP67防护型防护型2323l M12 M12连接器连接器(4(4芯芯)A A型型B B型型D D型型2424l 混合连接器混合连接器 可同时进行通信和可同时进行通信和24V24V供电。供电。l 电缆与连接器的连接方法电缆与连接器的连接方法名称名称功能功能导线颜色导线颜色RJ45RJ45M12 M12 TD+TD+发送数据发送数据黄黄1 11 1TD-TD-发送数据发送数据橙橙2 23 3RD+RD+接收数据接收数据白白3 32 2RD-RD-接收数据接收数据蓝蓝6 64 42525四、四、PROFINETPROFINET与与PROFIBUSPROFIBUS的比较的比较名称名称PROFINETPROFINETPROFIBUS PROFIBUS 最大传输速率最大传输速率100Mbit/s100Mbit/s12Mbit/s12Mbit/s数据传输方式数据传输方式全双工全双工半双工半双工网络拓扑结构网络拓扑结构星型、线型、树型星型、线型、树型线型线型一致性数据范围一致性数据范围254254字节字节3232字节字节网段长度网段长度100m100m100m100m主站个数主站个数无限制无限制多主站会影响速率多主站会影响速率诊断功能诊断功能强强弱弱运动控制运动控制响应速度快响应速度快响应速度慢响应速度慢设备的网络定位设备的网络定位能能不能不能使用成本使用成本高高低低2626第第三节三节 PROFINETPROFINET的通信技术的通信技术u 通信协议模型通信协议模型u 通信等级通信等级u 通信通道模型通信通道模型u 等时同步实时通信等时同步实时通信2727一、通信协议模型一、通信协议模型ISO/OSIISO/OSIPROFINETPROFINET7b7bPROFINET IO PROFINET IO 服务服务(IEC61784)(IEC61784)PROFINET IO PROFINET IO 协议协议(IEC61158)(IEC61158)PROFINET CBAPROFINET CBA(IEC 61158)(IEC 61158)7a7a无连接无连接RPCRPC面向连接面向连接RPC(DCOM)RPC(DCOM)6 65 54 4UDP(RFC768)UDP(RFC768)TCP(RFC793)TCP(RFC793)3 3IP(RFC791)IP(RFC791)2 2IEEE 802.3IEEE 802.3全双工全双工 IEEE802.1IEEE802.1优先标识优先标识1 1IEEE 802.3 100BASE-TXIEEE 802.3 100BASE-TX，100BASE-FX100BASE-FX2828二、通信等级二、通信等级 IT IT服务，服务，TCP/IP TCP/IP SRT SRT IRT IRT 29291.1.TCP/IPTCP/IP用于对通讯速率要求不高的数据传输。如设用于对通讯速率要求不高的数据传输。如设备组态、设置参数和下载上传程序、低精度过程控备组态、设置参数和下载上传程序、低精度过程控制、低精度运动控制等。制、低精度运动控制等。2.2.软实时软实时(SRT)(SRT)技术用于对通讯速率要求较高的数据传技术用于对通讯速率要求较高的数据传输。如高精度过程控制、中精度的运动控制等。输。如高精度过程控制、中精度的运动控制等。3.3.等时同步实时等时同步实时(IRT)(IRT)技术用于对通讯速率要求高的数技术用于对通讯速率要求高的数据传输。如高精度的运动控制等。据传输。如高精度的运动控制等。3030三、通信通道模型三、通信通道模型ITIT应用应用l HTTP HTTPl SNMP SNMPl DHCP DHCPPROFINETPROFINET应用应用标准数据标准数据实时数据实时数据TCP/IPTCP/IPRTC1/RTC2/RTC3RTC1/RTC2/RTC3Ethernet Ethernet SRTSRTIRTIRT3131 ITIT的应用协议用于设备的参数化、诊断数据读取。的应用协议用于设备的参数化、诊断数据读取。实时实时SRTSRT用于高性能的数据通信。用于高性能的数据通信。等时通信等时通信IRTIRT用于抖动时间小于用于抖动时间小于1us1us的等时模式。的等时模式。RTC1RTC1适合于周期性数据传输，可满足大部分工厂自适合于周期性数据传输，可满足大部分工厂自动化的应用要求。动化的应用要求。RTC2/RTC3RTC2/RTC3需要特殊的硬件支持，分别用于实现高性需要特殊的硬件支持，分别用于实现高性能的控制任务和运动控制任务。能的控制任务和运动控制任务。3232四、等时同步实时通信四、等时同步实时通信(IRT)(IRT)高精度的运动控制要求循环刷新时间小于高精度的运动控制要求循环刷新时间小于1ms,1ms,循循环周期的抖动时间不大于环周期的抖动时间不大于1us1us。因此，。因此，PROFINETPROFINET在通信在通信协议中定义了基于时间间隔的传输方法协议中定义了基于时间间隔的传输方法IRTIRT。IRT IRT通讯方式可以使参与控制的网络中各个节点的通讯方式可以使参与控制的网络中各个节点的时钟准确同步，以便使各节点上的控制功能可以按一时钟准确同步，以便使各节点上的控制功能可以按一定的时序协调动作。定的时序协调动作。3333第第四节四节 PROFINETPROFINET的种类的种类u PROFINET IOPROFINET IOu PROFINET CBAPROFINET CBA3434一、一、PROFINET IOPROFINET IO1 1、简介、简介 用于分布式用于分布式I/OI/O自动化控制系统，其工作性质类自动化控制系统，其工作性质类似于似于PROFIBUSDPPROFIBUSDP。传感器、执行机构等装置连接到。传感器、执行机构等装置连接到I/OI/O设备上，通过设备上，通过I/OI/O设备连接到网络中。网络中还有设备连接到网络中。网络中还有对对I/OI/O设备进行监控的设备进行监控的I/OI/O控制器和控制器和I/OI/O监视器。监视器。PROFINET IOPROFINET IO支持实时通信支持实时通信(RT)(RT)和等时同步通信和等时同步通信(IRT)(IRT)工作模式。数据传输速率高于工作模式。数据传输速率高于PROFIBUSDPPROFIBUSDP。35352 2、系统基本组成、系统基本组成3636 IOIO控制器：控制器：读写读写I/OI/O设备的过程数据，接收设备的过程数据，接收I/OI/O设备的设备的报警诊断信息，执行自动化控制程序。报警诊断信息，执行自动化控制程序。IOIO监视器：监视器：读写读写I/OI/O控制器的数据，上位机可编写、控制器的数据，上位机可编写、上传、下载、调试控制器的程序，上位机、上传、下载、调试控制器的程序，上位机、HMIHMI可对可对系统实现可视化监控。系统实现可视化监控。IOIO设备：设备：连接现场分散的检测装置、执行机构。传递连接现场分散的检测装置、执行机构。传递现场采集的各类数据，传递执行机构的控制指令。现场采集的各类数据，传递执行机构的控制指令。I/OI/O控制器、控制器、I/OI/O监视器、监视器、I/OI/O设备都是设备都是PROFINETPROFINET网络中的节点！网络中的节点！37373 3、组态要求、组态要求 网络中的节点必须分配设备名称。设备名称必须符合网络中的节点必须分配设备名称。设备名称必须符合要求。例如：要求。例如：CPU314CCPU314C分配名称为分配名称为PLC01PLC01，人机界面分，人机界面分配名称为配名称为HMI02HMI02。网络中的节点必须分配网络中的节点必须分配IPIP地址，各地址，各IPIP地址要在同一网地址要在同一网段内。例如：段内。例如：HMIHMI的的IPIP地址为地址为255.255.255.1.2255.255.255.1.2，CPU314CCPU314C的的IPIP地址为地址为255.255.255.1.3255.255.255.1.3。网络中节点的子网掩码相同。例如：网络中节点的子网掩码相同。例如：255.255.255.0255.255.255.0。如果节点之间采用通信报文方式传输数据，必须建立如果节点之间采用通信报文方式传输数据，必须建立通讯伙伴关系。通讯伙伴关系。3838l 设备名称要求设备名称要求(适用于适用于STEP7 V5.5STEP7 V5.5版本版本)：名称总长度不得超过名称总长度不得超过127127个字符，名称如果用句点分个字符，名称如果用句点分段，句点之间的字符串长度不得超过段，句点之间的字符串长度不得超过6363个。个。不得使用诸如元音变音、括号、下划线、斜线、空不得使用诸如元音变音、括号、下划线、斜线、空格等符号。格等符号。可以使用字母、数字、短划线和句点。可以使用字母、数字、短划线和句点。不得以不得以“-”或或“.”开头或结束，不得以数字开始。开头或结束，不得以数字开始。名称格式不得为名称格式不得为n.n.n.n(n=0.999)n.n.n.n(n=0.999)，不得以字，不得以字符串符串port-xyz-(xport-xyz-(x，y y，z=0.9)z=0.9)开头。开头。3939二、二、PROFINET CBA(Commponent-Based Automation)PROFINET CBA(Commponent-Based Automation)1 1、简介、简介 把典型的控制环节做成标准组件，这些标准组件把典型的控制环节做成标准组件，这些标准组件可以完成不同的标准控制任务。一个复杂的控制任务可以完成不同的标准控制任务。一个复杂的控制任务，可以分解成若干个不同的标准任务。，可以分解成若干个不同的标准任务。从中选择不同的标准组件连接成一个网络，对这从中选择不同的标准组件连接成一个网络，对这些标准组件的工作进行协调，就能完成一个复杂的控些标准组件的工作进行协调，就能完成一个复杂的控制任务。制任务。PROFINET CBAPROFINET CBA就是模块化的现场总线网络，就是模块化的现场总线网络，它特别适用于大型控制系统。它特别适用于大型控制系统。通信速率略低于通信速率略低于PROFINET IOPROFINET IO。40402 2、系统基本组成、系统基本组成 每个标准组件是由控制器、分布式每个标准组件是由控制器、分布式I/OI/O设备、监设备、监视设备、检测装置、执行机构等组合而成。视设备、检测装置、执行机构等组合而成。41413 3、特点、特点 减少了系统的设计工作量。减少了系统的设计工作量。模块化的组件具有高度的独立性和完整性，减少了模块化的组件具有高度的独立性和完整性，减少了系统的调试工作量。系统的调试工作量。简化了系统的维护工作量。简化了系统的维护工作量。42424 4、使用要求、使用要求 标准组件通常由设备制造商提供，采用标准化的标准组件通常由设备制造商提供，采用标准化的PCD(Profinet Component Description)PCD(Profinet Component Description)文件描述。文件描述。PCDPCD文件应用文件应用XMLXML生成并存储。硬件组态时需要这个生成并存储。硬件组态时需要这个文件。文件。为了完成某个特殊任务，需要设计者创建组件，并为了完成某个特殊任务，需要设计者创建组件，并生成生成PCDPCD文件。文件。4343第第五节五节 PROFINET IOPROFINET IO的组态的组态u 系统组成系统组成u 任务要求任务要求u 硬件电路硬件电路u 组态过程组态过程u 程序编写程序编写 u 仿真调试仿真调试4444一、系统组成一、系统组成4545 I/OI/O控制器选用控制器选用S7-300S7-300系列的系列的CPU314C-2PN/DPCPU314C-2PN/DP，该型，该型号是紧凑型号是紧凑型PLCPLC，自带，自带2424个数字量输入端口，个数字量输入端口，1616个数个数字量输出端口，字量输出端口，5 5个模拟量输入端口，个模拟量输入端口，2 2个模拟量输出个模拟量输出端口，端口，2 2个个PROFINETPROFINET接口，接口，1 1个个MPI/DPMPI/DP接口。订货号：接口。订货号：6ES7 314-6EH04-0AB06ES7 314-6EH04-0AB0。PS307-5APS307-5A是电源，订货号：是电源，订货号：6ES7 307-1EA01-0AA06ES7 307-1EA01-0AA0。选用的选用的I/OI/O设备设备ET200SET200S是机架式模块化结构，由通讯是机架式模块化结构，由通讯模块、电源模块和数字量输入模块、电源模块和数字量输入/输出模块组成。输出模块组成。4646 通讯模块通讯模块IM151-3IM151-3的订货号：的订货号：6ES7 151-3BA23-0AB06ES7 151-3BA23-0AB0。电源模块电源模块PM-EPM-E的订货号：的订货号：6ES7 138-4CA50-0AB06ES7 138-4CA50-0AB0。两。两个电源分别给数字量输入和输出模块供电。个电源分别给数字量输入和输出模块供电。数字量输入模块数字量输入模块ET200S-2DIET200S-2DI，有两个，有两个24V24V直流输入端直流输入端口。订货号：口。订货号：6ES7 131-4BB01-0AB06ES7 131-4BB01-0AB0。数字量输出模块数字量输出模块ET200S-2DOET200S-2DO，有两个，有两个24V/0.5A24V/0.5A直流输直流输出端口。订货号：出端口。订货号：6ES7 132-4BB01-0AB06ES7 132-4BB01-0AB0。4747二、任务要求二、任务要求1.1.CPU314C-2PN/DPCPU314C-2PN/DP外接按钮外接按钮SB11SB11和和SB12SB12，当按下，当按下SB11SB11时，时，ET200SET200S的输出端口外接指示灯的输出端口外接指示灯HL21HL21以以1HZ1HZ频率频率闪烁。当按下闪烁。当按下SB12SB12时，时，HL21HL21灭。灭。2.2.ET200SET200S的输入端口外接按钮的输入端口外接按钮SB21SB21和和SB22SB22，当按下，当按下SB21SB21时，时，CPU314C-2PN/DPCPU314C-2PN/DP的输出端口外接指示灯的输出端口外接指示灯HL11HL11以以2HZ2HZ频率闪烁。当按下频率闪烁。当按下SB22SB22时，时，HL11HL11灭。灭。4848三、硬件电路三、硬件电路4949四、组态过程四、组态过程 第一步组态第一步组态I/OI/O控制器。控制器。第二步组态第二步组态PROFINET IOPROFINET IO网络。网络。第三步组态第三步组态I/OI/O设备。设备。5050l 组态组态I/OI/O控制器控制器双击双击5151l 组态组态PROFINET IOPROFINET IO网络网络双击双击更名更名单击单击分配分配IPIP地址地址单击单击更改网络名称更改网络名称单击单击5252l 组态组态PROFINET IOPROFINET IO网络网络5353l 组态组态I/OI/O设备设备选中并拖选中并拖拽到线上拽到线上选中选中选中后双击选中后双击5454l 组态组态I/OI/O设备设备双击双击更改设更改设备名称备名称单击后更单击后更改改IPIP地址地址单击单击5555五、程序编写五、程序编写端口分配端口分配输入装置输入装置输入端口输入端口输出装置输出装置输出端口输出端口SB11SB11I1.0I1.0HL11HL11Q1.6Q1.6SB12SB12I1.0I1.0HL21HL21Q2.0Q2.0SB21SB21I3.0I3.0SB22SB22I3.1I3.15656575758585959六、仿真调试六、仿真调试6060复习题1.1.PROFINETPROFINET的网络结构有哪几种？的网络结构有哪几种？2.2.PROFINETPROFINET专用的双绞屏蔽线中，哪些颜色的线用于专用的双绞屏蔽线中，哪些颜色的线用于发送信号？哪些颜色的线用于接收信号？发送信号？哪些颜色的线用于接收信号？3.3.PROFINETPROFINET专用的连接器有哪几种？专用的连接器有哪几种？4.4.PROFINETPROFINET采用什么类型的数据传输方式？有哪几种采用什么类型的数据传输方式？有哪几种通信等级？有哪几个通信种类？通信等级？有哪几个通信种类？5.5.简述简述PROFINETPROFINET的等时同步实时通信。的等时同步实时通信。6161复习题6.6.组态组态PROFINET IOPROFINET IO网络有哪些要求？网络有哪些要求？7.7.简述组态简述组态PROFINET IOPROFINET IO网络的步骤。网络的步骤。