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PROFINET 是由PROFIBUS 國際組織提出的基于實時以太網技術的自動化總線標準， 其將工廠自動化和企業信息管理層IT 技術有機地融為一體， 同時又完全保留了PROFIBUS 現有的開放性。

PROFINET 支持除星形、總線型和環形之外的拓撲結構。為了減少布線費用， 并保證高度的可用性和靈活性， PROFINET 提供了大量的工具幫助用戶方便地實現PROFINET 的安裝。特別設計的工業電纜和耐用連接器滿足EMC 和溫度的要求， 并且在PROFINET 框架內形成標準化， 保證了不同制造商設備之間的兼容性。

PROFINET 滿足了實時通信的要求， 可應用于運動控制。它具有PROFIBUS 和IT 標準的開放透明通信， 支持從現場級到工廠管理層通信的連續性， 從而增加了生產過程的透明度，優化了公司的系統運作。作為開放和透明的概念， PROFINET 也適用于Ethernet 和任何其他現場總線系統之間的通信， 可實現與其他現場總線的無縫集成。PROFINET 同時實現了分布式自動化系統， 提供了獨立于制造商的通信、自動化和工程模型， 將通信系統、以太網轉換為適應于工業應用的系統。

1. PROFINET 的系統結構

PROFINET 提供標準化的獨立于制造商的工程接口。它能夠方便地把各個制造商的設備和組件集成到單一系統中。設備之間的通信鏈接以圖形形式組態， 無需編程。PROFINET Zui早建立自動化工程系統與微軟操作系統及其軟件的接口標準， 使自動化行業的工程應用能夠被Windows NT/2000 所接收， 將工程系統、實時系統以及Windows 操作系統結合為一個整體， 如圖4所示。

圖4　PROFINET 的系統結構圖

PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案， 包括諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點問題。PROFINET 包括八大主要模塊，分別為實時通信、分布式現場設備、運動控制、分布式自動化、網絡安裝、IT 標準集成與信息安全、故障安全和過程自動化。同時，PROFINET也實現了從現場級到管理層的縱向通信集成，一方面，方便管理層獲取現場級的數據；另一方面，原本在管理層存在的數據安全性問題也延伸到了現場級。為了保證現場網絡控制數據的安全，PROFINET 提供了特有的安全機制，通過使用專用的安全模塊，可以保護自動化控制系統，使自動化通信網絡的安全風險Zui小化。

PROFINET 是一個整體的解決方案， PROFINET 的通信協議模型如圖5所示。

圖5　PROFINET 通信協議模型

在PROFINET 通信協議模型中， RT （實時） 通道能夠實現高性能傳輸循環數據和時間控制信號、報警信號； IRT （同步實時） 通道能夠實現等時同步方式下的數據高性能傳輸；PROFINET 使用了TCP/ IP 和IT 標準， 并符合基于工業以太網的實時自動化體系， 覆蓋了自動化技術的所有要求， 能夠實現與現場總線的無縫集成。更重要的是PROFINET 所有的事情都在一條總線電纜中完成， IT 服務和TCP/ IP開放性沒有任何限制， 它能滿足用于所有客戶從高性能到等時同步可以伸縮的實時通信需要的統一的通信。

從圖5中可以看出， PROFINET 提供了一個標準通信通道和兩類實時通信通道。標準通信通道是使用TCP/ IP 協議的非實時通信通道， 主要用于設備參數化、組態和讀取診斷數據。各種已驗證的IT 技術都可以使用（HTTP、HTML、SNMP、DHCP 和XML 等）。在使用PROFINET 的時候， 可以使用這些IT 標準服務加強對整個網絡的管理和維護， 這意味著調試和維護中成本的節省。RT 通道是軟實時SRT （SoftwareRT） 方案， 主要用于過程數據的高性能循環傳輸、事件控制信號與報警信號等。它跳過第3 層和第4 層， 提供jingque通信能力。為優化通信功能， PROFINET根據IEEE 802. 1P 定義了報文的優先級， Zui多可用7 級。IRT 采用了IRT 同步實時的ASIC芯片解決方案， 以進一步縮短通信棧軟件的處理時間， 特別適用于高性能傳輸、過程數據的等時同步傳輸， 以及快速的時鐘同步運動控制應用。在實時通道中， 為實時數據預留了固定循環間隔的時間窗， 而實時數據總是按固定的次序插入， 因此，實時數據就在固定的間隔被傳送， 循環周期中剩余的時間用來傳遞標準的TCP/ IP 數據，兩種不同類型的數據就可以同時在PROFINET上傳遞，而且不會互相干擾。通過獨立的實時數據通道，保證對伺服運動系統的可靠控制。

PROFINET 現場總線支持開放的、面向對象的通信，這種通信建立在普遍使用的Ethernet TCP/IP 基礎上，優化的通信機制還可以滿足實時通信的要求。PROFINET 的對象模型如圖6所示。

圖6　PROFINET 對象模型

基于對象應用的DCOM （Distributed Component Object Model， 分布式對象模型） 通信協議是通過該協議標準建立的， 以對象的形式表示的PROFINET 組件根據對象協議交換其自動化數據。自動化對象即COM 對象作為PDU 以DCOM 協議定義的形式出現在通信總線上。活動連接控制對象（ACCO） 確保已組態的互相連接的設備間通信關系的建立和數據交換。傳輸本身是由事件控制的， ACCO 也負責故障后的恢復， 包括質量代碼和時間標記的傳輸， 連接的監視， 連接丟失后的再建立， 以及相互連接性的測試和診斷。

在實時對象模型中， 物理設備（Physical Device） 即硬件設備， 允許接入一個或多個IP網絡。每個物理設備包含一個或多個邏輯設備（Logical Device）， 但每個邏輯設備只能表示一個軟件。邏輯設備可以作為執行器、傳感器、控制器的組成部分， 通過OLE 自動控制的調用來實現分布式自動化系統。物理設備通過標簽或者索引來識別邏輯設備。通過活動連接控制對象實現實時自動控制對象之間的連接。擴展邏輯設備（Extended Logical Device） 對象或者其他對象用來實現不同制造商生產的邏輯設備之間的互連， 并且實現通用對象模型中的所有附加服務。

簡單的現場設備使用PROFINET IO 集成到PROFINET， 并用PROFIBUS DP 中熟悉的IO來描述。這種集成的本質特征是使用分散式現場設備的輸入和輸出數據， 然后由PLC 用戶程序進行處理。PROFINET IO 模型與PROFIBUS DP 中的模型類似， 設備屬性用基于XML 的描述文件來描述。PROFINET IO 設備的系統集成方法與PROFIBUS DP 的系統集成方法是相同的， 包括在組態過程中將分散式現場設備分配給一個控制器。這樣過程數據就能在控制器和現場設備間交換。分散式現場設備在以太網中直接通過使用PROFINET IO 實現集成。為實現該方案， PROFIBUS DP 系統中常見的主/從規程被移植到供應商/消費者規程中。以太網上所有的設備有同等的通信權利， 因而組態時要明確哪些現場設備被分配給主控制器。在這種方式下， PROFIBUS 系統中常見的運作方法轉變為PROFINET IO 模式， I/O 信號讀入PLC， 并在其中得到處理， 然后傳送給分散的現場設備。

PROFINET 網絡節點分為4 種類型：I/O 設備、I/O 控制器、I/O 監視器和網絡組件設備。I/O 設備是指分配給I/O控制器的分散式現場設備， 如遠程I/O、終端設備、頻率轉換器等； I/O控制器即PLC，自動化程序在其中運行；I/O監視器是指擁有代理和診斷功能的編程設備或PC；網絡組件設備是連接各節點的網絡設備，如交換機、路由器等。循環用戶數據和事件觸發中斷（診斷）通過實時通道傳輸。參數分配、組態或讀取診斷信息通過基于UDP/IP的標準通道實現，在基于非循環UDP/IP 通道中的I/O控制器與I/O設備間建立被稱為應用關聯（IO - AR）的通信關系。接著I/O 控制器通過該穩定信道為I/O設備傳輸組態信息。組態信息決定正確的操作模式， 如I/O設備得到duyiwuer的設備識別號。基于組態信息， 高速、循環的過程數據通過實時信道（I/O-CR）執行互換。如果有故障發生（如電纜斷裂）， 中斷信息通過高速、非循環的實時通道（中斷CR） 傳送給IO控制器，該中斷信息在IO 控制器的PLC 程序中進行處理。

PROFINET 系統集成如圖7 所示。

PROFINET 節點之間的通信是通過Microsoft DCOM 實現的， 通過以太網TCP/ IP 傳輸和尋址。PROFINET 不需要考慮下層的總線系統而直接運用TCP/ IP 或UDP/ IP 作為通信接口，盡管可以使用不同類型的現場總線系統， 但PROFINET 為了提高系統的數據傳輸速度， 采用了以太網連接現場設備。PROFINET 可以通過代理服務器（Proxy） 很容易地實現與PROFIBUS 或者其他現場總線系統的集成。

PROFINET 為集成現場總線系統提供兩個解決方案。

圖7　PROFINET 系統集成