PROFINET总线技术基础

1PROFINET总线技术基础2§1工业以太网§2PROFINET基础§3PROFINET的通信技术§4PROFINET的种类§5PROFINETIO的组态3第一节工业以太网概述技术特点传输介质和连接器4一、概述工业以太网(IndustrialEthernet)是西门子公司提出的一种基于以太网的工业通讯模式，它遵循国际标准IEEE802.3。工业以太网和局域网都是采用TCP/IP协议，因而可以直接和局域网的计算机互连，便于共享网络中的数据，可以用IE浏览器访问终端数据。5常见网络结构工工工工工工工工工工工S7-200CP243-1S7-300CP343-1S7-400CP443-1PC工CP1612/13工工工工6常见网络结构工工工工工工工工工工工PC工工工工工工工S7-200CP243-1S7-300S7-400PNPNET200SPN7二、技术特点1.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。2.数据传输速率高、传输距离远，具有10～100M/bits的自适应传输速率，传输距离最大可达150km。3.可以通过Internet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，实现企业管控一体化。4.抗干扰能力强，适应严酷的工业生产环境。5.快速的网络故障定位与诊断。8三、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8芯、4芯两种，使用RJ45(俗称水晶头)连接器作接线端子。RJ45有8芯和4芯两种。91、8芯双绞线和连接器10RJ45的安装方法112、4芯双绞线和连接器12RJ45的安装方法1312361236交叉连接RJ45RJ4512361236直通连接RJ45RJ451-橙白2-橙3-绿白6-绿143、检查15第二节PROFINET基础概述网络结构传输介质和连接器PROFINET与PROFIBUS的比较16一、概述PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一代总线系统—PROFINET。因全球知名的自动化设备制造商的支持，2000年底，PROFINET正式成为了IEC61158标准的第10种现场总线。PROFINET是一种基于工业以太网和IT标准的现场总线通信系统，具有比PROFIBUS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。17二、网络结构工业交换机双绞线双绞线PC机以太网接口S7-300S7-400PNPNET200SPNHMI星型PN18线型PC机以太网接口S7-300S7-400PNPNET200SPNHMIPNPNPNPNPN双绞线要求使用带有交换功能的设备！19三、传输介质和连接器1、传输介质目前PROFINET支持百兆以太网100BASE-TX，采用两对双绞屏蔽线(GP2×2系列)作为短距离信号传输。名称特点适用范围GP2×2A型单股导体固定设备GP2×2B型较软电缆偶尔移动的设备GP2×2C型软电缆经常移动的设备GP2×2船用耐腐蚀船用设备IEFC电缆GP2×2型系列20GP2×2A型黄色/橙色用于发送信号，白色/蓝色用于接收信号。212、连接器RJ45连接器M12连接器混合连接器22RJ45连接器IP20防护FC型(工业中常用)IP20防护普通型IP67防护型23M12连接器(4芯)A型B型D型123424混合连接器可同时进行通信和24V供电。电缆与连接器的连接方法名称功能导线颜色RJ45M12TD+发送数据黄11TD-发送数据橙23RD+接收数据白32RD-接收数据蓝6425四、PROFINET与PROFIBUS的比较名称PROFINETPROFIBUS最大传输速率100Mbit/s12Mbit/s数据传输方式全双工半双工网络拓扑结构星型、线型、树型线型一致性数据范围254字节32字节网段长度100m100m主站个数无限制多主站会影响速率诊断功能强弱运动控制响应速度快响应速度慢设备的网络定位能不能使用成本高低26第三节PROFINET的通信技术通信协议模型通信等级通信通道模型等时同步实时通信27一、通信协议模型ISO/OSIPROFINET7bPROFINETIO服务(IEC61784)PROFINETIO协议(IEC61158)PROFINETCBA(IEC61158)7a无连接RPC面向连接RPC(DCOM)654UDP(RFC768)TCP(RFC793)3IP(RFC791)2IEEE802.3全双工IEEE802.1优先标识1IEEE802.3100BASE-TX，100BASE-FX28二、通信等级IT服务，TCP/IPSRTIRT291.TCP/IP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、低精度过程控制、低精度运动控制等。2.软实时(SRT)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。3.等时同步实时(IRT)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。30三、通信通道模型IT应用HTTPSNMPDHCPPROFINET应用标准数据实时数据TCP/IPRTC1/RTC2/RTC3EthernetSRTIRT31IT的应用协议用于设备的参数化、诊断数据读取。实时SRT用于高性能的数据通信。等时通信IRT用于抖动时间小于1us的等时模式。RTC1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。RTC2/RTC3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。32四、等时同步实时通信(IRT)高精度的运动控制要求循环刷新时间小于1ms,循环周期的抖动时间不大于1us。因此，PROFINET在通信协议中定义了基于时间间隔的传输方法IRT。IRT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定的时序协调动作。33第四节PROFINET的种类PROFINETIOPROFINETCBA34一、PROFINETIO1、简介用于分布式I/O自动化控制系统，其工作性质类似于PROFIBUS—DP。传感器、执行机构等装置连接到I/O设备上，通过I/O设备连接到网络中。网络中还有对I/O设备进行监控的I/O控制器和I/O监视器。PROFINETIO支持实时通信(RT)和等时同步通信(IRT)工作模式。数据传输速率高于PROFIBUS—DP。352、系统基本组成PROFINETMG上位机HMIPLC工业交换机ET200S变频器IO控制器IO监视器IO设备36IO控制器：读写I/O设备的过程数据，接收I/O设备的报警诊断信息，执行自动化控制程序。IO监视器：读写I/O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、HMI可对系统实现可视化监控。IO设备：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。I/O控制器、I/O监视器、I/O设备都是PROFINET网络中的节点！373、组态要求网络中的节点必须分配设备名称。设备名称必须符合要求。例如：CPU314C分配名称为PLC01，人机界面分配名称为HMI02。网络中的节点必须分配IP地址，各IP地址要在同一网段内。例如：HMI的IP地址为255.255.255.1.2，CPU314C的IP地址为255.255.255.1.3。网络中节点的子网掩码相同。例如：255.255.255.0。如果节点之间采用通信报文方式传输数据，必须建立通讯伙伴关系。38设备名称要求(适用于STEP7V5.5版本)：名称总长度不得超过127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63个。不得使用诸如元音变音、括号、下划线、斜线、空格等符号。可以使用字母、数字、短划线和句点。不得以“-”或“.”开头或结束，不得以数字开始。名称格式不得为n.n.n.n(n=0...999)，不得以字符串port-xyz-(x，y，z=0...9)开头。39二、PROFINETCBA(Commponent-BasedAutomation)1、简介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。PROFINETCBA就是模块化的现场总线网络，它特别适用于大型控制系统。通信速率略低于PROFINETIO。402、系统基本组成每个标准组件是由控制器、分布式I/O设备、监视设备、检测装置、执行机构等组合而成。…………上位机HMI工业交换机标准组件1完成标准任务1标准组件2完成标准任务2标准组件n完成标准任务n接口接口接口接口接口接口413、特点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，减少了系统的调试工作量。简化了系统的维护工作量。424、使用要求标准组件通常由设备制造商提供，采用标准化的PCD(ProfinetComponentDescription)文件描述。PCD文件应用XML生成并存储。硬件组态时需要这个文件。为了完成某个特殊任务，需要设计者创建组件，并生成PCD文件。43第五节PROFINETIO的组态系统组成任务要求硬件电路组态过程程序编写仿真调试44一、系统组成ET200SPS307-5ACPU314C-2PN/DPPN通讯模块IM151-3PNLAN电源模块PM-EDC24..48V数字量输入模块2DI×5电源模块PM-EDC24..48V数字量输出模块2D0×51#2～6#8～12#7#45I/O控制器选用S7-300系列的CPU314C-2PN/DP，该型号是紧凑型PLC，自带24个数字量输入端口，16个数字量输出端口，5个模拟量输入端口，2个模拟量输出端口，2个PROFINET接口，1个MPI/DP接口。订货号：6ES7314-6EH04-0AB0。PS307-5A是电源，订货号：6ES7307-1EA01-0AA0。选用的I/O设备ET200S是机架式模块化结构，由通讯模块、电源模块和数字量输入/输出模块组成。46通讯模块IM151-3的订货号：6ES7151-3BA23-0AB0。电源模块PM-E的订货号：6ES7138-4CA50-0AB0。两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ET200S-2DI，有两个24V直流输入端口。订货号：6ES7131-4BB01-0AB0。数字量输出模块ET200S-2DO，有两个24V/0.5A直流输出端口。订货号：6ES7132-4BB01-0AB0。47二、任务要求1.CPU314C-2PN/DP外接按钮SB11和SB12，当按下SB11时，ET200S的输出端口外接指示灯HL21以1HZ频率闪烁。当按下SB12时，HL21灭。2.ET200S的输入端口外接按钮SB21和SB22，当按下SB21时，CPU314C-2PN/DP的输出端口外接指示灯HL11以2HZ频率闪烁。当按下SB22时，HL11灭。48三、硬件电路PS307-5A6ES7-307-1EA01-0AA0L1NGNDL+MCPU314C-2PN/DP6ES7-314-6EH04-0AB0PN1L+MDC24VDI16/DO16×DC24VX121L+(1)DI+1.0(12)DI+1.1(13)1M(20)3L+(31)DO+1.6(38)3M(40)1K/1WHL11+SB11SB1224V－～220VET200SV7.0.5DC24VPM-EDC24..48V6ES7-138-4CA50-0AB0IM151-3PNHIGHFEATURE6ES7-151-3BA23-0AB02DIHFDC24V6ES7-131-4BB01-0AB02DOHFDC24V/0.5A6ES7132-4BB01-0AB01L+1ML