PROFINET：工业网络中的安全通信标准

PROFINET 是 PROFIBUS 的进一步发展，通过基于工业以太网的有用新应用扩展了现场总线标准。但是 PROFINET 究竟是如何工作的呢？为什么要将这种通信协议用于工厂或过程自动化呢？以及要如何区分 PROFIBUS 和 PROFINET 呢？

PROFINET 提供了以下优势：

通过代理或网关简单无缝地集成已建立的现场总线系统
高运行可靠性和可用性
透明的数据可访问性
详细且有意义的诊断选项

PROFINET 的基础知识

PROFINET 可用于在工厂自动化、过程自动化和楼宇自动化领域实施自动化解决方案。此外，解决方案还用于安全应用以及整个驱动技术范围，包括时钟同步运动控制。

开放式工业以太网标准

PROFINET (Process Field Network) 是基于工业以太网的通信标准，具有广泛的应用范围。现场总线使用 TCP/IP 和 IT 标准，具有实时功能，并且可以集成现场总线系统。PROFINET 由西门子和 PROFIBUS 用户组织 (PNO) 的成员公司共同开发，与西门子控制系统结合使用。PROFINET 已通过 IEC 61158 和 IEC 61784 标准进行标准化，并且作为一种通用通信技术，它满足了自动化技术的所有要求。
PROFINET 设备通过 PNO 用户组织认证，可保证其全球兼容性。

为什么 PROFINET 是工厂自动化的理想选择：

PROFINET 以其基于 Ethernet 的一致通信满足了各种各样的需求。从数据密集型参数化到极快的 I/O 数据传输，PROFINET 只需一个系统即可实现实时自动化和 IT 集成。由于采用了模块化结构，用户可以单独选择合适的 PROFINET 软件包（应用程序配置文件）并在其系统中实施。
PROFINET 的开放式体系结构还可以轻松无缝集成已建立的现场总线解决方案，例如通过使用代理或网关。此外，PROFINET 还为现场设备和网络提供智能诊断概念。在此过程中，非循环诊断数据提供有关 PROFINET 设备状态及其通信的重要信息，从而使用户可以方便地表示网络。

PROFINET 的功能范围

为了满足自动化系统的不同要求，为 PROFINET 定义了四个相互依赖的一致性类别 (CC)，每种类别都具有与典型应用领域相协调的功能范围。这些总结了面向应用的最低要求：

CC-A 包含基本功能，例如专门用于楼宇自动化
CC-B 通过网络诊断和拓扑信息扩展了功能范围；CC-B(PA) 增加了与过程自动化相关的功能，例如冗余和“动态重新配置”（在运行期间更改控制器配置）
CC-C 是实现 IRT 通信（等时实时）的又一扩展，因此是同步应用的基础
CC-D 扩展了 C 类，其区别在于这些服务由 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 定义的 TSN (Time-Sensitive Networking) 机制提供

通信协议的结构

PROFINET 将众所周知的 OSI 七层模型简化为简单的 TCP/IP 四层模型。因此，与其他基于 Ethernet 的通信技术一样，PROFINET 使用 TCP/IP 协议来传输数据。TCP/IP 模型的四个特定层是：主机到网络层、网络互连层、传输层、应用层。

PROFINET 的数据传输和拓扑结构

数据交换和实时能力

PROFINET 由于采用提供者-消费者原则可在网络节点之间进行数据交换。这意味着控制器和现场设备（IO 设备）将在由于故障或请求而必须发送循环数据时立即自动发送。也可能存在已编程的请求，例如每 x 毫秒自动发送数据一次。
为了实时满足高要求，PROFINET 提供了适当的机制，可同时实现标准和实时通信。因此，可以在三个相互依赖的性能级别上扩展与 PROFINET 的通信：

工程和非时间紧迫的数据通过 TCP/IP 传输。所有自动化设备之间都可以进行这种标准通信。
实时通道实时 (RT) 可用于过程数据传输。
对于运动控制等同步应用，使用等时实时通信 (IRT) ，以小于 1 毫秒的时钟速率实现 1 µs 或更小的抖动精度。

网络拓扑

PROFINET 提供灵活的网络拓扑，以最佳方式满足空间扩展和可用性方面的要求，因此可轻松地遵循系统条件。支持：

主要用于将终端设备与现场集成交换机连接的线路
主要安装在控制柜中带中央开关的星形开关
主要用于实现介质冗余的环
以及作为上述拓扑混合体的树

连接技术

仅通过交换机连接 PROFINET 设备。为了使安装经济高效且简单，许多 PROFINET 设备已经将具有 2 个或更多端口的交换机集成为网络中的组件。铜和光纤可用作传输介质。
由于 PROFINET 使用与 Ethernet 相同的物理界面，因此可以应用标准以太网交换机和适当的布线来构建或扩展网络。

PROFINET IO 系统的结构

PROFINET IO（输入和输出）网络由三个系统组件（设备类）组成。IO 控制器启动信息交换并通过可编程逻辑控制器 (PLC) 进行管理。分配给 IO 控制器的 IO 设备（分散式 IO 设备），以及允许配置和诊断 PROFINET IO 网络的 IO 监控器（编程设备 (PG)，个人计算机 (PC) 或人机界面 (HMI)）。

PROFINET：PROFIBUS 的进一步发展

PROFIBUS是基于串行通信的既定现场总线系统。另一方面，PROFINET 是 PROFIBUS 的进一步发展，包括基于工业以太网的其他应用。
PROFINET 的发展取决于网络用户数量、工业以太网电缆的使用、传输速度、数据包的大小以及与 PROFINET 可以接受的与其他协议可能的共存。
由于两个通信标准都由同一组织开发和维护，因此在工程概念和使用 GSD (General Station Description) 文件来描述 PROFINET 设备的属性和功能（包括其模块和子模块）方面都有相似之处。

Bürkert 的能力

多年来，我们一直是业内值得信赖的合作伙伴，为客户提供优质的技术解决方案。这一点在自动化技术领域也不例外。数字通信是现代自动化概念的一个重要组成部分。因此，我们的每一产品均由内部专家使用 PROFINET-IO 协议进行测试和预认证，然后由 PNO 认证。因此，PROFINET IO 产品的中央认证可确保全球兼容性。Bürkert 多年来一直是 PNO 的成员
为了能够更好地帮助您实现生产设备的自动化，我们在许多应用和产品中都为您提供 PROFINET IO 通信协议。