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PROFINET 模拟器使用教程
阅读量:796 次
发布时间:2023-03-04

本文共 1720 字,大约阅读时间需要 5 分钟。

PROFINET技术解析

一、PROFINET基础

IEC61158标准是国际电工委员会发布的现场总线与工业以太网协议,涵盖了多个方面,包括总论与导则、物理层、链路层、网络层等。PROFINET作为IEC61158的第10类标准,是一种实时以太网技术,由西门子和PROFIBUS用户协会开发。

IEC61158简介

IEC61158-1至IEC61158-6涵盖了从总论到应用层的各个方面,最新版本为IEC61158-x-2019。该标准公布了20多种现场总线协议,PROFINET作为其中之一,属于实时以太网,支持低时延通信,响应时间小于10ms,同时支持等时同步通信(IRT),响应时间可低至1ms。

PROFINET特点

PROFINET基于百兆以太网,使用双绞线或光纤通信,网线仅需4根线。其通信堆栈结构分为标准以太网和实时以太网,兼容性强,拓扑结构灵活,支持线型、星型、树型和环型等多种网络架构。同时,PROFINET支持多制造商协议,集成能力强,适用于分布式智能自动化系统。

二、PROFINET网络组件与拓扑

网络组件

  • 网线:PROFINET网线采用4芯双绞线,黄色和橙色为双绞线,白色和蓝色为双绞线。网线分为A、B、C、R类,用于不同运动环境,建议使用专用网线以确保通信质量。

  • 网线接头:主要有RJ45和M12接头,RJ45接头通常使用4根针,接线简单,M12接头适用于工业环境。

  • 光纤:用于长距离通信,分为B类和C类,C类适用于运动场景。光纤内部有两条光缆,传输介质为光,抗干扰能力强。

  • 交换机:分为非管理型和管理型,非管理型仅转发数据,管理型支持路由功能。建议使用经过PROFINET认证的交换机。

  • 拓扑结构

    PROFINET网络支持多种拓扑结构,包括:

  • 线型拓扑:结构简单,安装成本低,但节点增删困难。
  • 星型拓扑:中心为交换机,节点灵活,管理便利。
  • 树型拓扑:由多个星型网络组成,网络层次清晰。
  • 环型拓扑:适用于冗余环网,信息单向流动,需仲裁机制。
  • 三、PROFINET通信协议

    三大行规

  • PROFIdrive:用于控制器与驱动器通信,支持驱动控制和状态诊断。
  • PROFIsafe:基于IEC61508标准,用于功能安全通信,适用于高风险工业环境。
  • PROFlenergy:用于设备节能,通过发送节能指令降低能耗。
  • 通信等级

  • 非实时通信:基于TCP/IP和UDP,适用于组态、诊断等场合。
  • 实时通信(RT):响应时间小于10ms,适用于分布式传感器数据交换。
  • 等时同步通信(IRT):响应时间小于1ms,用于运动控制,需硬件支持。
  • 通信协议栈

    PROFINET采用标准以太网作为物理层,网络层和传输层使用TCP/IP协议族,链路层和应用层自定义协议,支持实时通信。

    四、DCP协议

    PROFINET发现与基本配置协议(DCP)

    DCP协议用于IO控制器和IO设备的发现、设备名设置、IP地址分配等功能。其功能包括:

  • 识别全部节点。
  • 识别指定设备。
  • 设置设备名称和IP地址。
  • 闪烁LED指示。
  • 获取设备信息。
  • 问候设备。
  • DCP帧结构

    DCP帧包含FrameControl、DST、SDR、BSSID、Seq、QOS、LT、FrameID、DCPDU、Pad和CRC等字段,支持设备名称查询、设置、闪烁等功能。

    五、PROFINET模拟器使用

    模拟器基于Scapy框架,用于创建和修改网络数据包,如IP、UDP、TCP、HTTP等协议。结合Wireshark抓包工具,可捕获PROFINET网络中的数据帧,分析协议特点。

    实验步骤

  • 连接控制器、PN设备和PC。
  • 配置交换机镜像端口。
  • 使用Wireshark监听网络流量。
  • 分析DCP帧结构,理解设备发现和配置过程。
  • 结果分析

    通过抓包可观察到DCP协议的Identify、Set、Flash LED、Get、Hello等帧,分析设备名称、IP地址分配过程,验证DCP协议的有效性。

    总结

    PROFINET技术作为IEC61158标准的一部分,兼顾了实时性和兼容性,广泛应用于工业自动化领域。其灵活的网络拓扑、多种通信等级和强大的安全功能,使其成为现代工业通信的重要选择。

    转载地址:http://zhxfk.baihongyu.com/

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