通信是人與人之間通過某種媒體進(jìn)行的信息交流與傳遞。網(wǎng)絡(luò)是用物理鏈路將各個(gè)孤立的工作站或主機(jī)相連在一起，組成的數(shù)據(jù)鏈路。通信網(wǎng)絡(luò)是指將各個(gè)孤立的設(shè)備進(jìn)行物理連接，實(shí)現(xiàn)人與人，人與計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交換的鏈路，從而達(dá)到資源共享和通信的目的。

通過部署先進(jìn)的以太網(wǎng)技術(shù)以及與TSN技術(shù)的無縫集成，可以幫助制造企業(yè)增強(qiáng)工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信能力。將工業(yè)通信接口集成到自動(dòng)化設(shè)備中，首先要收集信息以確定工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的功能以及熟悉手頭的任務(wù)。如果不需要每次都重新開始，則新設(shè)備的開發(fā)速度會(huì)更快。

根據(jù)所需的功能(一致性等級(jí))，必須為每個(gè)案例選擇合適的實(shí)施類型。可用的開發(fā)能力、公司專業(yè)知識(shí)、生成接口的預(yù)期成本以及上市時(shí)間，也發(fā)揮著重要作用。有各種入門套件和評(píng)估方式可用于大多數(shù)實(shí)施案例。這些集合可以快速介紹開發(fā)活動(dòng)，并且通常還包含完整的開發(fā)環(huán)境。示例程序、電路以及框圖特別有用。開發(fā)包還包括相關(guān)供應(yīng)商的可認(rèn)證PROFINET堆棧和詳細(xì)文檔。

IEEE802.3 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)旨在確保PROFINET自動(dòng)化設(shè)備之間， 以及PROFINET自動(dòng)化設(shè)備和其它標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備之間的無故障通信。對(duì)于實(shí)施要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用，PROFINET提供的機(jī)制使標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)時(shí)通信能夠并行共存?？梢允褂萌齻€(gè)相互構(gòu)建的性能級(jí)別來擴(kuò)展與PROFINET的通信：

工程數(shù)據(jù)和非時(shí)間關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸，通過傳輸控制協(xié)議/ 網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)進(jìn)行。所有自動(dòng)化設(shè)備之間都可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)通信。實(shí)時(shí)(RT)通道可用于傳輸過程數(shù)據(jù)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制等同步應(yīng)用，使用等時(shí)同步實(shí)時(shí)(IRT)通信。這使時(shí)鐘速率<1ms且抖動(dòng)<1μs。

等時(shí)同步實(shí)時(shí)功能基于設(shè)備中的硬件支持，這意味著必須使用特定的專用集成電路(ASIC)、微控制器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。沒有等時(shí)同步實(shí)時(shí)硬件支持的商用交換機(jī)專用集成電路僅適用于實(shí)現(xiàn)具有實(shí)時(shí)功能的自動(dòng)化設(shè)備。可以基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)組件和PROFINET軟件堆棧開發(fā)具有實(shí)時(shí)通信功能的設(shè)備。

一致性等級(jí)

為了滿足自動(dòng)化系統(tǒng)的不同要求， 為PROFINET定義了三個(gè)相互依賴的一致性等級(jí)(Conformance Classes，簡稱CC)。每個(gè)類的功能范圍，由典型應(yīng)用領(lǐng)域確定。在為PROFINET設(shè)備接口選擇實(shí)施選項(xiàng)之前，設(shè)備制造商必須考慮所需的一致性等級(jí)，因?yàn)榻涌趯?shí)現(xiàn)的類型會(huì)影響可以實(shí)現(xiàn)的一致性等級(jí)。三個(gè)一致性等級(jí)的關(guān)鍵功能及其優(yōu)點(diǎn)如下所述：

CC-A：使用現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括基本PROFINET功能的集成?？梢圆皇芟拗频厥褂盟行畔⒓夹g(shù)服務(wù)。典型應(yīng)用案例可以在樓宇自動(dòng)化和過程自動(dòng)化應(yīng)用中找到。

CC-B：該等級(jí)的功能范圍包括CC-A的功能，并且設(shè)備更換簡單易行，無需特殊的工程工具。簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)支持網(wǎng)絡(luò)功能的擴(kuò)展設(shè)備診斷，例如端口狀態(tài)消息。為了提高數(shù)據(jù)可靠性，可以選擇性能適應(yīng)的介質(zhì)冗余協(xié)議。可以不受限制地使用所有IT 服務(wù)。典型應(yīng)用可以在具有更高級(jí)機(jī)器控制的自動(dòng)化系統(tǒng)中找到，其具有確定性但非同步的數(shù)據(jù)循環(huán)。絕大多數(shù)PROFINET設(shè)備都屬于這一類。

CC-C：該等級(jí)的功能范圍包括CC-B的所有功能，還支持高精度和確定性數(shù)據(jù)傳輸，包括等時(shí)應(yīng)用。如果發(fā)生故障，集成的可選介質(zhì)冗余可以平滑切換I/O 數(shù)據(jù)流量?？梢圆皇芟拗频厥褂盟蠭T 服務(wù)。典型應(yīng)用是運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。

一旦設(shè)備制造商決定了在產(chǎn)品上需要實(shí)現(xiàn)哪些PROFINET功能，下一個(gè)問題就是如何實(shí)現(xiàn)這些功能。有三種選擇：

將專用集成電路布置在印刷電路板上以處理PROFINET通信;;將模塊插入設(shè)備PCB 上的插槽中。與專用集成電路不同，模塊可以通過物理電纜連接器、磁性元件、物理層(用于OSI 模型的物理層電路)、集成的以太網(wǎng)交換機(jī)以及處理PROFINET堆棧的芯片來滿足網(wǎng)絡(luò)需求。有一系列背板連接可用——從雙端口存儲(chǔ)器到SPI 到緊湊型閃存卡接口; 購買軟件堆棧并在應(yīng)用程序處理器上實(shí)現(xiàn)。軟件堆棧是最常見的PROFINET實(shí)現(xiàn)方式之一，這是批量實(shí)現(xiàn)協(xié)議的最具成本效益的方式，同時(shí)這也是實(shí)施PROFINET 最復(fù)雜的一種方式。堆棧涉及許多外圍軟件，如操作系統(tǒng)、IP堆棧、非易失性RAM 等。

TSN和PROFINET

TSN 服務(wù)無縫集成到PROFINET架構(gòu)中。它們位于ISO/OSI模型的第2 層，維護(hù)現(xiàn)有的上層PROFINET 功能。圖片來源：PI 組織

時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)是一種很有前途的技術(shù)，為PROFINET提供了很多潛力。TSN旨在將廣泛的IT網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性和確定性相結(jié)合。簡而言之：通過標(biāo)準(zhǔn)IT網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)硬實(shí)時(shí)。這并不意味著是對(duì)PROFINET的革命。相反，它代表了PROFINET正在構(gòu)建的一個(gè)更有遠(yuǎn)見的架構(gòu)。

TSN為PROFINET提供ISO/OSI模型中的新第2層。它對(duì)應(yīng)當(dāng)今的實(shí)時(shí)和等時(shí)同步實(shí)時(shí)技術(shù)。這表明TSN在未來幾年內(nèi)不會(huì)取代實(shí)時(shí)或等時(shí)同步實(shí)時(shí)。這是一個(gè)附加選項(xiàng)，具有許多潛在的好處?，F(xiàn)在提供實(shí)時(shí)和等時(shí)同步實(shí)時(shí)解決方案的制造商，未來仍然可以繼續(xù)提供它們。使用實(shí)時(shí)或等時(shí)同步實(shí)時(shí)來運(yùn)營系統(tǒng)的用戶，可以確信他們使用的技術(shù)具有可持續(xù)性。

TSN提供了使用標(biāo)準(zhǔn)芯片組實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可能性，因?yàn)門SN基于開放標(biāo)準(zhǔn)，并得到許多半導(dǎo)體供應(yīng)商的支持。關(guān)于PROFINET的所有其它內(nèi)容均保持不變，尤其是診斷、配置、報(bào)警等服務(wù)。這使用戶和設(shè)備制造商在將來可以輕松使用TSN。他們可以在現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上繼續(xù)使用他們開發(fā)的應(yīng)用程序。

硬件和軟件設(shè)計(jì)所需的行動(dòng)計(jì)劃和支出，在很大程度上取決于所選擇的實(shí)施方法。此時(shí)，設(shè)備制造商可以獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)工作，也可以與開發(fā)或技術(shù)合作伙伴協(xié)同工作。獨(dú)立開發(fā)需要良好的PROFINET專業(yè)知識(shí)，擁有自己的硬件和軟件開發(fā)資源。為了減輕自動(dòng)化設(shè)備制造商在開發(fā)資源方面的壓力，PI組織為其成員公司提供完整的開發(fā)包、可以隨時(shí)安裝的PROFINET通信模塊以及一系列開發(fā)服務(wù)。這一切都為設(shè)備制造商提供了從設(shè)計(jì)階段到硬件和軟件開發(fā)再到認(rèn)證所需的支持。