profinet实现方案整理

1. profinet 介绍

Profinet 是一种基于以太网技术的自动化总线标准，由 PROFIBUS 国际组织（PROFIBUS International，PI）推出。它是一种用于工业自动化领域的总线标准，提供了实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全和网络安全等方面的解决方案。Profinet 完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如 PROFIBUS）技术，保护现有投资。它能够适应较高的网络负载和较长的距离，适用于较高的网络速度和较大的网络规模，具有较高的灵活性和适应性。Profinet 为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，可以满足当前自动化领域的热点需求，如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全和网络安全等。

Profinet 有三种通信模式：
Profinet IRT：等时实时系统，主要用于运动控制，其反应时间小于 1ms。IRT 基于以太网的扩展协议栈，能够同步所有的通信伙伴并使用调度机制。
Profinet RT：实时系统，主要用于控制器与 I/O 设备通讯，其反应时间小于 10ms。RT 的通信不仅使用了带有优先级的以太网报文帧，而且优化掉了 OSI 协议栈的 3 层和 4 层，这样大大缩短了实时报文在协议栈的处理时间，进一步提高了实时性能。由于没有 TCP/IP 的协议栈，所以 RT 的报文不能路由。
Profinet NRT：采用传统以太网控制器，响应时间 100 ms 的量级。

profinet 具有以下特性：
实时性：Profinet 支持时间同步和精确的控制周期，可以在微秒级别内完成数据传输和控制命令传递，保证了现场数据的实时性和可靠性。
可扩展性：Profinet 可以灵活地组织和管理设备和网络拓扑结构，支持多种不同的拓扑结构和设备类型，并且可以方便地进行系统和设备的扩展和更新。
安全性：Profinet 支持多种安全机制和加密方式，可以确保网络安全性，防止数据泄露和网络攻击。
兼容性：Profinet 完全兼容工业以太网和现有的现场总线技术，保护现有投资，并且可以与标准以太网一同组网。
一网到底：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，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。

Profinet 系统组成
Profinet IO 设备：指分布式现场设备，例如远程 IO、变频器、交换机等，用于连接实际的输入输出信号。
Profinet IO 控制器：用于对连接的 Profinet IO 设备进行寻址和交换输入输出信号。Profinet IO 控制器通常是运行自动化程序的控制器。
Profinet IO 监视器：用于调试和诊断 Profinet 通信系统的编程设备、PC 或 HMI 设备。

2. 国内外 Profinet 实现方案

2.1. 赫优讯

cifX PC 板卡：用于基于 PC 的自动化平台，支持实时以太网和各种协议和接口类型，提供统一的编程接口，集成存储器，可通过双端口内存或直接内存访问进行数据访问，支持旋码开关分配唯一的槽号。
cifX300 控制器：是一个 32 位嵌入式控制器，专为高性能和低成本的自动化应用而设计，支持实时以太网和各种协议和接口类型，具有可扩展的模块化结构，最多支持 8 个模块。
cifX100 控制器：是一个 16 位嵌入式控制器，专为高性能和低成本的自动化应用而设计，支持实时以太网和各种协议和接口类型，具有可扩展的模块化结构。
pH-X3000 系列 IO 模块：是一个高性能、高灵活性的 Profinet IO 模块，适用于各种自动化应用，具有可扩展的模块化结构，最多支持 64 个输入输出模块。
pH-X1000 系列 IO 模块：是一个高性能、高灵活性的 Profinet IO 模块，适用于各种自动化应用，具有可扩展的模块化结构。

2.2. 安歌塔

核心板采用 2 排 12 针 2.54 间距排针实现 B2B 连接，排针间距 35mm。该核心板是一个完整功能模块，只需要外接两个 RJ45 网口，即可实现 Profinet RT 的功能。同时，该核心板实现了 Profinet 到串口的透传，将 PLC 的 I、Q 区内存数据直接和串口的上、下行数据相互映射。对于使用和开发的效率，这款核心板表现极佳，为安塔歌公司推出的公版设计，提供全部设计文件、PCB 版图。用户可以自行生产核心板，或在核心板基础上增加外围电路，设计全功能产品。核心板电路设计中对 EMC、信号完整性进行了优化设计，对百兆以太网不熟悉的用户应保持核心板电路的完整性，不要在核心板区域增加布线。

2.3. 北京微硬创新科技有限公司

以微硬工控-PNMD485-K20 和 PNMD232-K20 为代表的 MODBUS 转 PROFINET 网关，实现 MODBUS 接口仪表、变频器、综保、软启动器等设备接入到 S71500、S71200、CPU315-2PN/DP、S7400 等 PROFINET 网络系统。
以微硬工控-K20 为代表的 MODBUS 转 Profinet 网关是实现 MODBUS 接口设备接入到 S71500、S71200、CPU315-2PN/DP、S7400 等 Profinet 网络系统的设备。

2.4. 鼎实

鼎实最新的 Profinet 网关产品是 PROFINET 网关（PN-G2-MOD485、PN-G2-ETH、PN-G2-RS232、PN-G2-CAN、PN-G2-CANOPEN）。

这些 Profinet 网关基于国产芯片进行自主的 Profinet 协议栈开发，具有高效、稳定、灵活的特点，可以满足不同的工业通信需求。其中，PN-G2-MOD485 型 Profinet 网关可以连接 485 接口的设备，实现 MODBUS 协议与 Profinet 协议的转换；PN-G2-ETH 型 Profinet 网关可以实现以太网接口的设备与 Profinet 网络的连接；PN-G2-RS232 型 Profinet 网关可以实现 RS232 接口的设备与 Profinet 网络的连接；PN-G2-CAN 型 Profinet 网关可以实现 CAN 接口的设备与 Profinet 网络的连接；PN-G2-CANOPEN 型 Profinet 网关可以实现 CANOPEN 协议与 Profinet 协议的转换。

鼎实以往的 Profinet 网关产品包括 PN-G1 系列和 PN-G1-ADV 系列。其中，PN-G1 系列包括 PN/DP 耦合器、PN/DP 转以太网模块、PN/DP 转 RS485 模块等产品，支持标准的 PROFINET IO 和 IRT（等时）通信，适用于较高实时性要求的控制场合。PN-G1-ADV 系列包括以太网转 PROFINET 网关（ADV 接口）、RS485 转 PROFINET 网关（ADV 接口）、CAN 转 PROFINET 网关（ADV 接口）等产品，适用于工业以太网和较高实时性要求的控制场合。

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2.5. 赛思特

FN3S-PNEC：是一款 PROFINET 从站功能的通讯网关。主要功能是将 PROFINET 网络和 ETHERCAT 网络连接起来。其技术参数符合 GB/T 25105-2014 《工业通信网络现场总线规范类型 10: PROFINET IO 规范》以及 IEC 61158-5-10：2007，IDT。
FN3S-PNCO：是一款 PROFINET 从站功能的通讯网关。主要功能是将 PROFINET 网络和 CANOPEN 网络连接起来。其技术参数符合 GB/T 25105-2014 《工业通信网络现场总线规范类型 10: PROFINET IO 规范》以及 IEC 61158-5-10：2007，IDT。

2.6. 三格电子

三格电子的 SG-ADIO 设备是一款模块化远程 IO 系列的一体式产品，旨在帮助用户在自动化项目上更便捷的选型和应用。该产品采用模块化设计，将设备接入点（核心板）和 IO 模块做成了接口兼容。

SG-ADIO 设备的核心板（DAP 模块）是设备接入点，可以实现通信接口核心板（如 Profinet、ModbusRTU、ModbusTcp、Profibus、CanOpen）的转换。另外，SG-ADIO 设备还包括 IO 模块，可以支持数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出、热电阻热电偶等功能。根据不同的使用场景，用户可以根据需要灵活搭配扩展不同功能的 IO 模块。

同时，SG-ADIO 设备提供了 16 通道和 32 通道两种规格，以满足不同用户的需求。在接入方面，SG-ADIO 设备可以通过标准的前连接器或者 M12 连接器接入信号。