2023年11月30日发(作者：)
profinet——完整的网络
解决方案
篇一：工业以太网通信标准PROFInet及其应用
工业以太网通信标准PROFInet及其应用
发布日期：2011-09-27浏览次数：2110
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【摘要】：随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技
术的发展正日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。在
自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间
的全局通信提供解决方案,基于工业以太网通信标准的
PROFInet通信技术使这种集成成为可能。PROFInet是
Process Field Net的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统
集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通
信协议。
1 引言
随着信息技术技术的飞速发展,当今自动化技术的发展正
日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。在自动化领域
中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通信
1
提供解决方案,基于工业以太网通信标准的PROFInet通信
技术使这种集成成为可能。PROFInet是Process Field Net
的缩写,它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推
出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通信协议。
PROFInet是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案,包
括一整套完整高性能并可升级的解决方案,可以为
PROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植服
务;PROFInet标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展
性,从而可以保护用户的投资与利益。PROFInet可以使工程
与组态、试运行、操作和维护更为便捷,并且能够与
PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。工
程实践证明,在组建企业工控网络时采用PROFInet通讯技
术可以节省近15%的硬件投资。
2 PROFInet通讯标准
PROFInet可以提供办公室和自动化领域开放的、一致的
连接。PROFInet方案覆盖了分散自动化系统的所有运行阶
段,它主要包含以下方面:（1）高度分散自动化系统的开放对
象模型（结构模型）;（2）基于Ethernet的开放的、面向对
象的运行期通信方案（功能单元间的通信关系）;（3）独立
于制造商的工程设计方案（应用开发）。PROFInet方案可以
用一条等式简单而明了地描述:PROFInet=Profibus+具有
PROFIBUS和IT标准Ethernet的开放的、一致的通信。
2
2.1 PROFInet设备的软件结构
PROFInet设备的软件覆盖了现场设备的整个运行期通信,
基于模块化设计的软件包含若干通信层,每层都与系统环境
一致。PROFInet软件主要包括一个RPC（Remote Procedure
Call）层,一个DCOM（Distributed Component Object
Model）层和一个专门为PROFInet对象定义的层。PROFInet
对象可以是ACCO（Active Connection Control Object）设
备、RT auto（Runtime Automation）设备、物理设备或逻
辑设备。软件中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与
以太网间的实时通信服务。PROFInet通过系统接口连接到
操作系统（如WinCE）,通过应用接口连接到控制器（如
PLC）。
PROFInet的运行期软件位于一个目录固定的结构中,可以
分为核心目录和系统应用目录。若通信开始而核心目录中的
文件未改变,则系统应用目录中的部分文件必须重建。所有的
系统应用都是指向系统接口和应用接口,实现PROFInet设
备的各项功能。PROFInet设备的软件结构可以用图1描述
如下:
PROFInet设备的软件结构决定了PROFInet设备可以从
企业管理层到现场层直接、透明地访问,并且提供对TCP/IP
协议的绝对支持。PROFInet技术使企业用户能够方便地对
现有的系统进行扩展和集成,是一种优化的工业以太网通信
3
标准。
2.2 PROFInet在现场设备上的移植
作为一种开放的资源,PROFInet软件通过移植到设备上
的TCP/IP协议栈来完成在其他设备制造商的产品中快速而
简单地实现。具体过程为:首先将开放资源的RPC接口连接
到TCP/IP协议栈和设备操作系统中的系统集成;然后再将
PROFInet协议栈的DCOM（Discrete Component Object
Module）机制集成到设备的操作系统中;最后实现物理设备
和逻辑设备对象、运行期对象和活动控制连接对象的设备专
用的DCOM应用。为单个部件组装PROFInet设备时还必
须用XML创建相应的描述。一个PROFInet设备的XML
文件中应包括下列数据:
（1）PROFInet设备的名称和ID号;（2）PROFInet设
备的IP地址,诊断数据的访问方式和设备连接方式;（3）
PROFInet设备的硬件分配,设备接口以及为各接口定义的变
量、数据类型与格式;（4）PROFInet设备在整个工程中的
保存地址。
PROFInet设备将它的所有功能封装到其软件中,并提供变
量接口与其它的PROFInet设备相连。变量接口的每个变量
都代表一个确定的子功能,包括运行、输入/输出使能、复位、
结束、停机、启动和错误。一个PROFInet设备中封装的可
以是一个控制器、一个执行器甚至是一个控制网络。图2所
4
示的PROFInet设备中封装了一个Profibus-DP控制网络。
PROFInet设备之间通过DCOM模块进行通信。在
PROFInet设备连接编辑器的图形界面中可以方便地实现各
PROFInet设备间的连接。一个具有冲洗、灌装、封口和包
装4个环节的饮料生产厂家的生产流程可以用4个
PROFInet设备串连连接实现（见图3）。
所有设备的接口都在PROFInet中做了一致的定义,因此
都能够灵活地组合和重新使用,用户不必考虑各设备的内部
运行机制。此外,PROFInet还集成了故障安全通信标准行规
PROFIsafe,满足对人员、设备和环境的全面安全的需求,可用
于故障安全应用。
3 PROFInet通信功能的实现
PROFInet设备通信功能的实现是基于传统的Ethernet通
信机制（如TCP或UDP）,同时又采用RPC和DCOM机制
进行加强。DCOM可视为用于基于RPC分布式应用的COM
技术的扩展,可以采用优化的实时通信机制应用于对实时性
要求苛刻的应用领域。在运行期间,PROFInet设备以DCOM
对象的形式映像,通过对象协议机制确保了DCOM对象的通
信。COM对象作为PDU以DCOM协议定义的形式出现在
通信总线上。通过DCOM布线协议DCOM定义了对象的标
识和具有有关接口和参数的方法,这样就可以在通信总线上
进行标准化的DCOM信息包的传输。对于更高层次上的通
5
信,PROFInet可以采用集成OPC（OLE for Process Control）
接口技术的方式。
3.1 PROFInet的基本通信方式
PROFInet根据不同的应用场合定义了三种不同的通信方
式:使用TCP/IP的标准通信;实时RT（Real-time）通信和同
步实时IRT通信。PROFInet设备能够根据通信要求选择合
适的通信方式。
PROFInet使用以太网和TCP/IP协议作为通信基础,在任
何场合下都提供对TCP/IP通信的绝对支持。由于绝大多数
工厂自动化应用场合对实时响应时间要求较高,为了能够满
足自动化中的实时要求,PROFInet中规定了基于以太网层2
的优化实时通信通道,该方案极大地减少了通信栈上占用的
时间,提高了自动化数据刷新方面的性能。PROFInet不仅最
小化了可编程控制器中的通信栈,而且对网络中传输数据也
进行了优化。采用PROFInet通信标准,系统对实时应用的响
应时间可以缩短到5～10ms。PROFInet同时还支持高性能
同步运动控制
应用,在该应用场合PROFInet提供对100个节点响应时间
低于1ms的同步实时（IRT）通信,该功能是由层2上内嵌的
同步实时交换芯片ERTEC提供的。PROFInet的通信循环
如图4所示。
在PROFInet设备的一个通信循环周期内,既包括IRT实
6
时通信,又包括TCP/IP标准通信。PROFInet通信技术在很
多应用场合都能体现出其极大的优越性。工程实践表明,在同
步运动控制场合采用PROFInet提供的IRT通信,系统性能
将比采用现场总线方案提升近100倍。
3.2 PROFInet与OPC的集成
由于PROFInet与OPC均采用了DCOM通讯机制,因此
PROFInet通讯技术可以很容易地与OPC接口技术集成,以
实现数据在更高通信层次上的交换。OPC接口设备在工控领
域的应用十分广泛,OPC接口技术定义了OPC DA（Data
Access）与OPC DX（Data Exchange）两个通信标准,分别
应用于传输实时数据和实现异类控制网络间数据的交换。在
PROFInet中集成OPC DX接口可以实现一个开放的连接至
其他系统,集成机制如下:
（1） 基于PROFInet的实时通信机制,每个PROFInet
节点可以作为一个OPC服务器被寻址;
（2） 每个OPC服务器可以通过标准接口而作为一个
PROFInet节点被操作。PROFInet的功能性远比OPC优
越,PROFInet技术与OPC接口技术的集成不仅可以实现自
动化领域对实时通信的要求,还可以实现系统之间在更高层
次上的交互。
4 PROFInet在自动化领域的应用
PROFInet是一种优越的通信技术,并已成功地应用于分布
7
式智能控制。PROFInet为分布式自动化系统结构的实现开
辟了新的前景,可以实现全厂工程彻底模块化,包括机械部
件、电气/电子部件和应用软件。PROFInet支持各种形式的
网络结构,使接线费用最小化,并保证高度的可用性。此外,特
别设计的工业电缆和耐用的连接器满足EMC和温度要求并
形成标准,保证了不同制造设备之间的兼容性。
PROFInet不仅可以应用于分布式智能控制,而且还逐渐进
入到过程自动化领域。在过程自动化领域,PROFInet针对工
业以太网总线供电以及以太网本质在安全领域应用的问题
正在形成标准或解决方案,采用PROFInet集成的Profibus
现场总线可以为过程自动化工业提供优越的解决方案（如图
5所示）:
采用PROFInet通讯技术,不仅可以集成(转载
于: 小 龙文档 网:profinet——完整的网
络解决方案)Profibus现场设备,还可以通过代理服务器
（Proxy）实现其它种类的现场总线网络的集成。采用这
种统一的面对未来的设计概念,工厂内各部件都可以作为独
立模块预先组装测试,然后在整个系统中轻松组装或在其他
项目中重复使用。譬如对于一个汽车生产企业而
言,PROFInet支持的实时解决方案完全可以满足车体车间、
喷漆车间和组装部门等对响应时间的要求,在机械工程及发
动机和变速箱生产环节中的车床同步等方面则可使用
8
PROFInet的同步实时功能。
5 结束语
PROFInet可以保证对现有系统投资的高度保护,并使工厂
拥有创新标准的优越性。鉴于PROFInet通讯技术的优越性,
目前已经有部分生产厂家（如西门子,施奈德）。
篇二：制丝线PROFINET技术方案
制丝线PROFINET工业以太网智能故障诊断系统的研究
技术方案 滁州卷烟制丝车间
制丝生产线是卷烟生产过程工艺流程最长的生产线，作为
其控制核心的制丝管控系统的水平是衡量烟草企业先进性，
市场竞争力的重要指标。目前基于工业以太网的PROFINET
技术已经在滁州卷烟厂制丝上产线得到应用，如何对
PROFINET工业以太网通讯快速错误检测和故障诊断，提
高维修效率。并能够完成以太网的实时状态监测，进行故障
预警，能够完成历史故障的记录查询与分析，保证生产的正
常运行，成为卷烟厂面临的一个重要课题。
博森泰克(北京)科技有限公司致力于为国内工矿企业提
供现场总线 ROFIBUS和PROFINET专业的网络诊断、检
测及维修设备，技术解决方案，同时举办PROFIBUS和
PROFINET故障排除技术培训，为滁州卷烟厂制丝线
PROFINET工业以太网智能故障诊断提供技术方案。
一 制丝线PROFINET工业以太网智能故障诊断系统软
9
件及设备清单
1 2 3
工业台式机 1台
PROFINET 测试软件6套（含加密狗）
COMbricks头站1个及DP中继器（scope功能）1个
二 制丝生产线网络拓扑图及诊断系统设备安装：
滁州卷烟厂制丝生产线管控系统体系结构
……
生产管理层
集中监控层
设备控制层
X208(二级)
X208(二级)
X208(三级)X208(三级)X208(三级)
X208(三级)X208(三级)X208(三级)
I/O箱+11I/O箱+12I/O箱+13I/O箱+14I/O箱+15I/O箱
+16I/O箱+17I/O箱+18I/O箱+19I/O箱+20I/O箱+21I/O箱
+22
水分仪电子秤现场变频器
（二级）
实际数量应以标书为准
X208（二级）
10
X208（三级）X208（三级）X208（三级）X208（三级）
X208（三级）X208（三级）
I/O箱+11I/O箱+12I/O箱+13I/O箱+14I/O箱+15I/O箱
+16I/O箱+17I/O箱+18I/O箱+19I/O箱+20I/O箱+21I/O箱
+22
水分仪电子秤现场变频器
叶片处理段控制结构图（Z1）
1 制丝生产线现场共6套主PLC，暂定6套PROFINET
检测软件，用来监控主PLC与现场PROFINET 设备的通
讯。
2 PROFIBUS DP网络，通过COMbricks 诊断套件测试
通讯状况。 3 现场一级交换机必须是管理型交换机，能够
设置镜像端口。
4 工业台式机用于监控PROFINET通讯，安装在集中监
控层，接入千兆光纤环网。
三 制丝线PROFINET工业以太网智能故障诊断系统软
件
1 诊断系统软件主要解决PROFINET故障:
? 一般通讯故障 ? 无法识别设备故障 ? 设备名称错误 ?
设备名称冲突 ? IP地址冲突
2 软件系统需求
最低配置要求：
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操作系统微软Windows XP及以上
? 600兆英特尔奔腾3处理器或同等配置及以上 ? 内存
512兆及以上 ? 分辨率1024*768及以上 ? USB 2.0接口 ?
以太网端口
3 诊断系统主要功能：
1) 实时列表：实时列表能够持续不断地列出所有在线设
备。它可以分别显
示出有效设备、进行数据交换中的设备和闲置设备。通过
不同的背景颜色，不同的设备状态会被显示出来。
黄：闲置设备（）
设备不再发送任何信息。问题可能在于设备丢失或设备还
未进行数据交换。 ? 浅蓝：有效设备
设备正在发送信息，但没有与PNIO控制器进行数据交
换。 ? 绿：进行数据交换中的设备
设备有效并且与PNIO控制器进行数据交换。
2）统计信息：数据矩阵是分析仪功能最强大的特性。它
能够真正显示出装置的状态。它能够为维护工程师提供其所
需的重要信息。数据矩阵的用户界面可分为两部分，一部分
显示附加信息，另一部分显示实际的数据矩阵。 信息部分
为信息面板，显示在数据矩阵中所选定设备的附加信息。所
显示的信息内容取决于所选定设备的可获信息。显示的信息
还包括PROFINET和IP设备的MAC地址以及IP地址。
12
数据矩阵能够显示位于矩阵中每台设备的信息。设备在矩
阵中所处的位置基于它的地址，也就是其IP地址的最后一
字节。因此矩阵每次能够同时显示254台设备。当IP地址
范围扩大时，新的标签将被加入数据矩阵中。如标签名称所
示，每项标签都对应着特定范围的IP地址。 主要包括以下
信息： ? 当前循环时间 ? 最小循环时间 ? 最大循环时间 ?
传输状态错误计数 ? 警报（设备/控制器）
绝对通信量 （PROFINET/非PROFINET）
篇三：PROFINET
显示订货号
1 PROFINET IO概述
PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式
以太网标准（IEC 61158）。使用PROFINET，设备可以从现
场级连接到管理级。
? PROFINET用于自动化的开放式工业以太网标准。 ?
PROFINET基于工业以太网。 ? PROFINET采用TCP/IP
和IT标准。 ? PROFINET是一种实时以太网。
PROFINET实现现场总线系统的无缝集成。
通过PROFINET，分布式现场设备（如现场IO设备，例
如信号模板）可直接连接到工业以太网，与PLC等设备通
讯。并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，其
典型的响应时间在10ms的数量级，完全满足现场级的使用。
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在使用Step7 进行组态的过程中，这些现场设备（IO
device, IO设备）制定由一个中央控制器(IO controller, IO控
制器)。借助于具有PROFINET的能力接口或代理服务器，
现有的模板或设备仍可以继续使用，从而保护PROFIBUS
用户的投资。 IO Supervisor（IO 监视设备）用于HMI和
诊断。
在PROFINET的结构中，PROFINET IO是一个执行模
块化，分布式应用的通讯概念。 PROFINET IO能让您从
您所熟悉的PROFIBUS一样，创造出自动化的解决方案。
所以不管您组态PROFINET IO或PROFIBUS，在STEP7
中有着相同的应用程序外观。
2 PROFINET IO现场设备简介
以下SIMATIC产品用于PROFINET分布式设备： ?
IM151-3 PN
作为IO设备直接连接ET200S的接口模块。 ?
CPU317-2DP/PN或CPU315-2DP/PN
作为IO控制器的CPU模块，用于处理过程信号和直接
将现场设备连接到工业以太网。 ? IE/PB LINK PN IO
将现有的PROFIBUS设备透明的连接到PROFINET的
代理设备。 ? IWLAN/PB LINK PN IO
将PROFIBUS设备通过无线的方式透明的连接到
PROFINET的代理设备。 ? CP343-1
14
用于连接S7-300到PROFINET，连接现场设备的通讯处
理器。 ? CP443-1 Advanced
用于连接S7-400到PROFINET，连接现场设备并带有集
成的WEB服务器和集 成的交换机的通讯处理器。 ?
CP1616
可作为IO设备。用于连接PC到PROFINET，连接现场
设备并带有集成交换机的通讯处理器。 ? SOFT PN IO
作为IO控制器，用于运行编程器或PC的通讯软件。 ?
STEP7
用于已有的PROFIBUS进行传统方式组态PROFINET。
3 PN IO 组态
PROFINET IO的IO现场设备在PROFINET上有着相同
的等级，在网络组态时分配给一个IO控制器。现场IO设备
的文件描述定义在GSD(XML)文件。
或在Start中寻找SIMATIC Manager程序，点击打开。
打开的Step7软件
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