工业通讯 | Profinet协议基础知识(一)

PROFINET是针由PI推出的一种开放式的工业以太网标准，主要用于工业自动化和过程控制领域，符合IEEE 802.3规范下的内容，具备自动协商、自动交叉的功能。

一、PROFINET基础概念

1.PROFINET是什么

PROFINET是一种基于以太网的技术，因此具有和标准以太网相同的一些特性如全双工、多种拓扑结构等，其速率可达百兆或千兆。另外它也有自己的独特之处，如：能实现实时的数据交换，是一种实时以太网；与标准以太网兼容，可一同组网；能通过代理的方式无缝集成现有的现场总线等。

2.PROFINET的ISO/OSI参考模型

PROFINET使用了物理层、链路层、网络层、传输层与应用层协议，其中物理层规定了百兆或千兆的传输速率，网络层与传输层则沿用TCP/IP协议族的标准，而独到之处在于数据链路层与应用层的规范。

PROFINET链路层：参考了IEEE 802.3、IEEE 802.1Q、IEC 61784-2等标准，分别保证了全双工、优先级标签、实施扩展的能力，从而能够实现RT（实时通信）、IRT（等时实时通信）、TSN（时间敏感网络）等通信形式。

PROFINET应用层：有多种应用层的协议标准，如IEC 61784、IEC 61158确保了PROFINET IO服务，IEC 61158 Type 10确保 PROFINET CBA服务等等。

3.PROFINET应用领域

PROFINET可实现不同时延下的数据传输服务，时延范围从100ms到31.25us不等；根据应用的时间要求可以将划分出PROFINET的数个应用领域，如：低时延对应高实时要求的运动控制领域；中高时延对应的过程/工厂自动化领域。

4.PROFINET模块化概念

PROFINET将工业以太网应用分为了8个部分，并分别针对每个部分的特点发表了相应的技术规范，使PROFINET能够应用于各种工厂场景之下。

5.PROFINET一网到底

由于PROFINET的兼容标准以太网以及能够通过代理方式兼容现有的现场总线的特质，PROFINET可以实现“一网到底”的功能：即工业产业链层级中，管理级的设备能够直接与现场级的设备进行数据的交互；并能实现不同层级上的纵向设备集成或相同层级上的横向设备集成。

6.PROFINET与PROFIBUS的对比

二、PROFINET实时通信

1.实时通信要求

周期时间或响应时间须有上限：数据的发送必须在既定的时间内完成或开始；
抖动随精度增加须更小：传输精度要求更高的情况下，时间抖动也必须更小；
数据量在一个时间单位内必须传输：数据的传输必须在既定的时间内完成；
用特殊网络组件保证通信不冲突：保证在各类特殊情况下都能有序通信；
时隙协议保证数据在合适时传输：针对各类实时性要求不同数据有不同的发送策略；
时间同步许多过程应用同步触发：整个网络存在时间同步机制，各站点应用可进行同步触发。

2.PROFINET架构

PROFINET有两种通信堆栈结构，标准以太网通信堆栈与实时以太网通信堆栈，以满足标准与实时的数据传输需求，既实现了实时的数据传输，也兼容了已有的标准以太网。

在需要实时数据传输的情况下，PROFINET对通信堆栈结构进行了修剪：在网络层与传输层部分进行了删减，并在数据链路层开辟了专用的数据通道和通信机制，实现了实时通信、等时实时通信的功能，满足实时数据传输的需求。

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