改善工业网络通信

将工业通信接口集成到自动化设备中，首先要收集信息，以确定工业网络的功能，并熟悉手头的任务。如果不需要每次都重新设计，新设备的开发速度往往会更快。

根据所需的功能(一致性类)，有必要为每个单独的情况选择合适的实现类型。可用的开发能力、公司专业知识、生产接口的预期成本和上市时间也起着很大的作用。

各种初学者工具包和评估板可用于大多数实现。这些集合支持对开发活动的快速介绍，并且通常还包含完整的开发环境。示例程序、电路和框图特别有用。开发包还包括相应提供商的可认证Profinet堆栈和详细的文档。

硬件和软件设计所需的行动计划和支出在很大程度上取决于所选择的实现方法。在这里，设备制造商可以独立执行开发工作，也可以与开发或技术合作伙伴协同工作。独立开发需要良好的Profinet专业知识和自己的硬件和软件开发资源。

为了减轻自动化设备制造商开发资源的负担，PI成员公司可以提供完整的开发包、准备安装的Profinet通信模块和大量的开发服务。这些为设备制造商提供了从设计阶段到硬件和软件开发到认证所需的支持。

实时需求

IEEE 802.3-以太网标准旨在确保Profinet自动化设备之间以及Profinet自动化设备与其他标准以太网设备之间的无问题通信。对于具有严格实时要求的应用程序，Profinet提供了使标准和实时通信并行共存的机制。与Profinet的通信可以使用三个相互构建的性能级别进行扩展:

1. 工程数据和非时间关键数据的传输通过传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)进行。所有自动化设备之间都可以使用此标准通信。
2. 实时(RT)通道可用于传输过程数据。
3. 对于运动控制等时应用，使用等时实时(IRT)通信。这使得时钟速率< 1 ms，抖动< 1 μs。

IRT功能基于设备中的硬件支持，这意味着必须使用专用集成电路(asic)、微控制器和现场可编程门阵列(fpga)来实现这一目的。没有IRT硬件支持的商用开关asic适用于实现仅具有RT功能的自动化设备。具有RT通信的设备可以基于标准以太网组件和Profinet软件堆栈开发。

利润一致性类

为了满足自动化系统的不同需求，Profinet定义了三个相互建立的一致性类。每个类都有一个针对典型应用领域确定的功能范围。在为Profinet设备接口选择实现选项之前，设备制造商必须考虑所需的一致性类，因为接口实现的类型会影响可实现的一致性类。

三种一致性类别的主要功能及其优势如下:

• CC-A:使用现有以太网的基础设施，包括基本Profinet功能的集成。所有信息技术(IT)服务都可以不受限制地使用。在楼宇自动化和过程自动化中找到了典型的应用实例。
• CC-B: CC-B的功能范围包括CC-A的功能，并支持用户友好的设备更换，无需工程工具。简单网络管理协议SNMP (Simple network management protocol)支持对端口状态消息等网络功能进行扩展的设备诊断。为了提高数据可靠性，可以选择一种性能适应的媒体冗余协议。所有IT服务都可以不受限制地使用。典型的应用可以在具有确定性但不是等时数据周期的高级机器控制的自动化系统中找到。绝大多数Profinet设备都属于这一类。
• CC-C: CC-C的功能范围包括CC-B的所有功能。它还支持高精度和确定性数据传输，包括同步应用程序。集成的可选介质冗余功能，可以在出现故障时实现I/O数据流量的平滑切换。所有IT服务都可以不受限制地使用。典型的应用是在运动控制领域。

一旦设备制造商决定了他们需要在产品上实现哪些Profinet功能，下一个问题就是如何实现这些功能。有三种选择:

• 在印刷电路板(PCB)上放置ASIC来处理Profinet通信。如果PCB上有可用的芯片，这可能是可行的。缺点是物理芯片确实涉及单位成本。随着产量的增加，边际成本很难降低。好处是asic往往比其他实现选项功能更全面。因此，如果您需要实现Profinet的所有功能，那么在外壳中有可用的外壳空间，并且单位成本不是问题，这是一个很好的方法。
• 将模块插入设备PCB上的插槽。与asic不同，一个模块可以通过物理电缆连接器、磁性、物理电路(OSI模型物理层的物理层电路)、集成以太网交换机和处理Profinet堆栈的芯片来满足网络需求。有各种各样的背板连接——从双端口存储器到SPI再到CF卡接口。大多数供应商提供使用相同背板连接器的可互换协议实现，因此它可以通过简单的模块更改提供Profibus, Profinet或其他协议。由于涉及到额外的硬件，每单位成本比ASIC高。
• 购买一个软件栈并在应用程序处理器上实现它。软件栈是最常见的Profinet实现之一——它们是批量实现协议的最经济有效的方式。然而，它们也是实现Profinet最复杂的方式。堆栈涉及许多外围软件，如操作系统、IP堆栈、非易失性RAM等。对于与堆栈接口的每个外部组件，都有可能破坏协议。选择实施Profinet堆栈意味着公司几乎肯定要在培训和外部咨询方面进行投资。

	软件栈	ASIC / FPGA	模块
集成工作	+++	++	+
单位成本	+	++	+++
生命周期成本	++

+低| ++中| +++高

时间敏感网络(TSN)和Profinet

时间敏感网络(TSN)是一项很有前途的技术，为Profinet提供了很大的潜力。TSN旨在将广泛的IT网络与自动化网络的鲁棒性和确定性相结合。简而言之:通过标准IT网络实现硬实时。这并不意味着Profinet将迎来一场革命。相反，它代表了Profinet正在构建的一个有远见的架构。

TSN在ISO/OSI模型中为Profinet提供了一个新的第2层。它对应于今天的RT和IRT技术。这表明TSN在未来几年不会取代RT或IRT。这是一个额外的选择，有很多潜在的好处。今天提供RT和IRT解决方案的制造商将能够在未来继续提供它们。使用RT或IRT操作其系统的用户可以确保他们正在使用可持续的技术。

TSN提供了使用标准芯片组实现这一目标的可能性，因为TSN基于开放标准，许多半导体供应商都支持开放标准。Profinet的其他一切都保持不变，尤其是诊断、配置、警报等服务。这将使用户和设备制造商在未来更容易使用TSN。他们可以建立在现有的知识和继续使用他们已经开发的应用程序。

迈克尔Bowne，执行董事;北美PI。编辑:Emily Guenther，副内容经理，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com。

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关键词:利润，时间敏感网络(TSN)

一致性自动化系统的类别

如何实现Profinet特性

的好处时间敏感网络(TSN)和Profinet。

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