PROFINET 源自“PROcess FIeld NETwork”，被广泛认为是全球最先进的工业以太网解决方案。该通信协议是自动化行业中的重要工具，可促进控制器和设备之间的实时数据交换。控制器（包括 PLC、DCS 或 PAC）可以与各种设备通信，例如 I/O 块、视觉系统、RFID 阅读器、驱动器、过程仪器、代理，甚至其他控制器。虽然 PROFINET 充分利用了办公室以太网的功能，但也存在明显的区别。Office 以太网缺乏工业自动化所需的实时性能能力，并且在恶劣的工业环境中的弹性较差。

借鉴自动化网络领域lingxian的现场总线 PROFIBUS 的成功，由来自主要自动化供应商的 500 多名专家组成的 PI 工作组多年来致力于开发 PROFINET。这种全面的实时以太网自动化解决方案可在具有挑战性的工业环境中有效运行，提供制造工厂所需的速度和精度。此外，PROFINET 还提供安全、能源管理和 IT 集成等附加功能，这些功能可以与控制和监控功能结合使用，让用户可以自由选择适合自己需求的服务。

以下是在 IO 级别使用 PROFINET 的几个优势：

基于以太网的通信：PROFINET 基于标准以太网技术构建，可实现高速数据传输、灵活性以及与现有 IT 基础设施的兼容性。

实时通信：PROFINET 支持实时通信，确保在工业自动化应用中实现jingque和确定性的控制。它保证了时间关键型数据的可靠传输和低延迟。

高度可扩展的架构：PROFINET 提供可扩展的架构，便于轻松扩展或修改系统以满足特定要求。它支持线形、环形和星形等各种网络拓扑，为系统设计提供了灵活性。
 

PROFINET 通过其三个通信渠道有效满足 IT 和工厂车间自动化的要求：

标准 TCP/IP：此通道适用于非确定性功能，例如参数化、视频/音频传输和向更gaoji别 IT 系统传输数据。

实时 （PROFINET RT）：通过绕过 TCP/IP 层，该通道可确保自动化应用在 1-10 ms 范围内的确定性性能。它提供了一种基于软件的解决方案，非常适合典型的 I/O 应用，包括运动控制和高性能要求。

同步实时 （PROFINET IRT）：通过信号优先级和预定切换，该通道可提供高精度同步，特别是对于运动控制应用。它支持亚毫秒级的周期速率，在微秒范围内具有最小的抖动。此服务需要以随时可用的 ASIC 形式提供的硬件支持。

TSN （（Time Sensitive Networking）：目前正在使用相关 IEEE 以太网标准的用例的基础上开发。

所有通信通道都可以同时使用。带宽共享保证每个 I/O 周期至少有 50% 可用于 TCP/IP 通信。当与加固型电缆、连接器和以太网交换机结合使用时，PROFINET 可以满足自动化的多样化需求。您可以在提供的链接中找到有关 PROFINET gaoji功能的更多信息，并将其定位为世界上最先进的工业以太网。

需要注意的是，PROFINET 完全符合国际公认的以太网标准。相比之下，某些工业以太网偏离了以太网惯例，并且与基于办公室的系统不兼容。因此，此类不合规网络在企业架构内以及与完全兼容的工业以太网一起面临互操作性挑战。

随着现场总线技术采用的增加，用户认识到与 IT 系统更紧密集成的重要性日益增加。虽然现场总线系统可以通过使用网关和其他设备整合到工厂网络层次结构中，但这种方法通常被证明是繁琐且成本高昂的。因此，用户开始质疑办公网络技术，特别是以太网，是否可以扩展到工厂车间。他们认为，最终目标是让自动化系统本身基于以太网。

实际上，以太网在工厂车间的使用时间几乎与它在办公室环境中的使用一样长，尽管主要用于小区间通信而不是 IO（输入/输出）。然而，以太网的实施缺乏标准化，安装通常依赖于专有解决方案。此外，这种方法还存在实际挑战，包括：

办公以太网对工业 IO 的实时性不足。

办公室以太网的精度确定性不足，无法进行gaoji运动控制。

办公室以太网无法承受制造环境中常见的物理条件（如灰尘、高温、潮湿、腐蚀和电磁干扰）。

幸运的是，这些挑战是可以克服的，从而发展出现在所谓的“工业以太网”。

PROFINET 之所以脱颖而出，是因为它与标准办公以太网完全兼容，使其能够与其他工业以太网技术（如 OPC UA）一起在单根网线上共存和无缝运行。这种共存意味着这些工业以太网可以共享相同的网络基础设施。

但是，请务必注意，共存并不意味着不同系统之间的互操作性。由于协议差异，除非使用额外的硬件，例如协议转换器，否则工业以太网无法直接相互通信。

此外，重要的是要承认某些工业以太网技术偏离了国际以太网标准。这些非标准工业以太网需要部署在封闭网络上，尽管它们不一定是专有的。从以太网的角度来看，这些非标准工业以太网不符合公认的标准。

PROFINET 是通过 PI 工作组的协作努力开发的，该工作组涉及来自zhiming自动化供应商的 500 多名工程师。工程师们以 PROFIBUS 丰富的现场经验为基础，有选择地整合了以太网的特定属性，以满足自动化的独特要求。

PROFINET 提供全面的专用功能，对现有通信功能进行补充。这些功能旨在简化设计人员、工程师、维护人员和管理人员在各种自动化应用程序中的工作。没有必要同时使用所有功能;相反，用户可以选择符合其特定情况的特定功能。

以下是一些值得注意的功能：

运行中的配置：即使控制器正在运行，也允许设备配置和设置。

共享设备：便于在多个控制器之间分配设备功能。

应用程序配置文件：包括安全、能源管理、运动控制以及为特定应用程序量身定制的其他配置文件。

冗余：提供设备、控制器、媒体和网络冗余选项。

简单的设备更换：在设备发生故障和更换的情况下，自动为更换的 IO 设备分配名称。

工具调用接口：允许调用特定于设备的工程工具。

还有更多...

从概念上讲，PROFINET 可以被视为提供灵活性的模块化解决方案。用户可以从简单的配置开始，然后根据需要逐步合并其他功能。

在处理 I/O 时，PROFINET 遵循与 PROFIBUS 类似的方法。工程工具与控制器相关联，控制器从 GSD 文件（常规站描述）中检索有关 IO 设备的信息。在软件中配置项目后，将其下载到控制器，从而实现与 I/O 设备的通信。

I/O 设备以分层方式构建，包括 Device、Module 和 Channel。输入和输出在控制器和 I/O 设备之间以循环方式交换，这意味着它们在控制器设置的定义更新周期时间内定期发生。这种循环数据交换有助于对过程进行实时控制和监控。

除了循环数据外，还有非循环数据的传输。非循环数据包括诊断数据等信息，这些信息不像循环数据那样频繁。此数据根据需要进行通信，不遵循固定的循环更新周期。

总体而言，PROFINET 采用熟悉的 I/O 管理方法，确保控制器和 I/O 设备之间高效可靠的通信，从而实现对工业过程的无缝控制和监控。

以太网的开放性允许使用 Web 浏览器等常用工具从世界任何地方方便地访问网络。虽然这带来了显著的优势，但也引发了对整个企业网络安全的担忧。

PROFINET 通过各种方式解决这些关键安全问题，如专用安全规范中所定义：

防止错误和不当操作：PROFINET 包含检测和防止可能损害网络完整性或中断其功能的错误或不当操作的机制。

防止未经授权的访问：PROFINET 采取措施防止对网络的未经授权的访问，这可能导致网络操纵或间谍活动。实施访问控制、身份验证协议和加密方法，以确保只有授权人员才能访问网络。

利用成熟和认证的安全标准：PROFINET 利用已建立和认证的安全标准，例如防火墙和虚拟专用网络 （VPN），来增强网络安全性。这些标准针对外部威胁提供强大的保护，并有助于保护控制网络的完整性。

通过实施这些安全措施，可以全面保护 PROFINET 控制网络，确保数据的完整性和机密性，同时仍允许授权人员根据需要访问和管理网络。其目的是在强大的安全措施和为授权人员提供必要的访问权限之间取得平衡，而不会施加不必要的限制。

PROFINET 提供zhuoyue的诊断功能，可通过标准化显示器进行本地和远程诊断。诊断概述提供不同级别的详细信息以满足特定需求，展示设备、模块、通道和中断活动。可以确认当前故障事件，并无缝促进 PROFINET 的识别和维护 （I&M） 功能。清晰易懂的命名约定消除了在解决问题之前搜索晦涩的标签名称或编号的需要。此外，PROFINET 还允许使用拓扑布局直观地描述工厂的网络结构。

例如，可以通过嵌入在自动化设备中的集成 Web 服务器访问诊断 Web 界面。这意味着可以使用标准的 Internet 浏览器来访问诊断显示。工程师不再需要亲自到现场诊断故障，因为可以通过 Intranet 甚至 Internet 轻松访问工厂网络。可以通过 SMS 或电子邮件向工程人员发送自动化的事件驱动消息，确保及时通知关键事件。

诊断 Web 界面示例 - 全面的诊断消息

电缆诊断同样简单明了，标准化显示可提供准确的网络拓扑视图，有助于快速定位故障。可以使用 SNMP（简单网络管理协议）和 Ethereal 等标准以太网工具进行诊断。此外，对于更复杂的设备，可以轻松访问供应商特定的工具，从而确保全面的诊断功能。

总体而言，PROFINET 为用户提供了广泛的诊断功能，提供便利性、远程访问性以及对网络和设备状态的全面洞察，以实现高效的故障排除和维护。

PROFINET 与标准以太网完全兼容，使其能够在必要时提供经典的 TCP/IP 性能。此功能允许无缝扩展，以满足不同规模的制造设施的要求。此外，PROFINET 网络可以轻松与现有以太网集成，包括 MES（制造执行系统）和 ERP（企业资源规划）等更gaoji别的企业系统。这种集成促进了生产系统和业务系统之间的数据交换和通信，从而优化了整体运营效率。

关于 OPC 统一架构 （UA），OPC UA PROFINET 配套规范有助于使用标准 OPC UA 服务，以不受特定供应商约束的方式与 PROFINET 设备对象进行交互。这种交互可以通过 PROFINET 设备本身内集成的 OPC UA 服务器或通过整合来自多个 PROFINET 设备的对象字典的 OPC UA 服务器来建立。此功能支持 PROFINET 设备和 OPC UA 设备之间的水平通信，以及来自过程或企业级设备的垂直通信。这种垂直通信可用于各种目的，例如诊断、配置、状态监测、可视化等。

具体来说，这有利于通过控制器级别与操作员站等设备进行通信，以及将生产数据从设备传输到企业 IT 系统，尤其是在涉及不同提供商的情况下。OPC UA 充当此级别和不同级别各种类型设备之间非确定性通信的桥梁。另一方面，PROFINET 处理自动化系统内确定性实时数据和与控制相关的非循环数据的传输。PROFINET 和 OPC UA 一起无缝互补，因为 PROFINET 支持通过 TCP/IP 并行进行开放式通信，而不会产生额外费用。

在合理的范围内，在遵守既定的安全和管理策略的同时，PROFINET 有可能将其覆盖范围扩展到整个企业。通过利用 PROFINET，管理人员几乎可以从企业内的任何地方实时访问生产数据。这种增强的可见性和可访问性可以更好地管理工厂运营、技能利用率和资产利用率。此外，实时生产数据有助于改进生产调度和简化订单处理。

此外，PROFINET 可以提供完整的互联网连接，使全球企业能够在全球多个地点更高效地运营。此功能增强了协作、数据共享和协调，从而在整个组织中促进一致和优化的运营。

总之，PROFINET 与标准以太网的兼容性、与企业系统的无缝集成、实时数据可用性以及 Internet 连接有助于在本地和全球范围内增强管理、改进生产流程并提高运营效率。

PROFINET 中的简单设备更换功能是业内duyiwuer的功能，有助于快速、轻松地更换自动化网络中的 PROFINET 设备。

当设备在网络中发生故障时，可以将其替换为新设备，而无需任何用户配置。过程很简单：用户手动将故障设备替换为新设备，控制器会自动检测新设备的存在。然后，控制器将适当的 IP 地址、名称和相关配置分配给替换设备。这意味着无需使用工程工具或手动重新配置网络。

要成功使用简单设备更换功能，有三个要求：

替换设备必须与要替换的设备型号相同。这确保了网络内的兼容性和适当的功能。

替换设备的名称必须为空。这有助于避免与网络中的现有设备名称发生冲突。

控制器必须支持 Simple Device Replacement 功能。此功能需要在正在使用的特定控制器中可用。

但是，请务必注意，用户可以选择绕过上述第二个要求。一些控制器提供了允许名称覆盖的函数。如果启用此选项，则替换设备可以具有与其替换的设备相同的名称，即使该名称不为空。

总体而言，PROFINET 中的简单设备更换功能通过自动化配置和消除手动干预和重新配置的需要，简化了更换自动化网络中故障设备的过程。

PROFINET 快速启动 （FSU） 功能使 IO 设备能够在收到来自 IO 控制器的信号时立即过渡到“开机”状态。此功能对于具有自动换刀 （ATC） 的工业机器人特别有价值，因为它增强了生产线的灵活性，并减少了每个单元所需的机器人数量。

在车身生产等应用中，单个机器人单元的循环时间可低至 45 秒（包括换刀延迟），因此启动速度变得至关重要。许多工业以太网的启动时间很慢，通常在几秒钟内，而现场总线提供的启动时间在 100 ms 范围内。这种较慢的启动速度可能不足以满足快节奏生产的要求。通过优化 PROFINET 协议和终端设备对数据的利用，可以显著缩短启动时间。

PROFINET FSU 将“通电”与接收第一个循环输入数据之间的时间间隔定义为小于 500 ms。为实现此目的，必要的协议优化在 PROFINET 规范中进行了标准化，包括以下内容：

使用固定传输参数（仅适用于铜线）代替自动检测，从而将启动时间缩短多达 3 秒。

网络地址不会在每个周期内传输到 IO 设备，而仅在初始启动期间传输。参数存储在 IO 设备内存中并重复使用，可能会节省几秒钟。

IO 设备主动宣布它们已准备好建立通信，而不是等待 IO 控制器搜索它们。这种方法最多可以节省一秒钟的启动时间。

从 OEM 和最终用户的角度来看，还可以进行其他优化。例如，通过采用合适的硬件，可以进一步缩短启动时间。无线通信还可以通过保持连续通信或在实际“开机”事件之前建立通信来提高启动速度。

通过实施这些优化，PROFINET FSU 可实现快速启动，提高自动化系统的效率和响应能力，尤其是在快速换刀和高生产率至关重要的应用中。