利用 PROFINET 进行产品研发

PROFINET technology for product developers

通过 PROFINE 进行产品研发方面的专家支持

西门子可帮助您显著缩短 PROFINET 设备的开发时间,完美满足客户要求。作为 PI 核心成员,西门子从一开始就积极推动 PROFINET 技术的发展。通过选择西门子,您将获益于端到端的 PROFINET 专门知识、高级咨询技能以及经过实践证明的技术设备,并能够更快和更加高效地开发设备。您可在整个产品研发期间利用西门子提供的支持,直至产品通过认证。

经过认证的技术资格中心随时提供建议与支持:

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为何采用 PROFINET?

工业以太网标准 PROFINET 是自动化技术领域中实现工业 4.0 的通信支柱。无论是生产或过程自动化、含或不含安全功能的驱动应用还是模块化机器设计,PROFINET 都是工业通信的首选。同时,PROFINET 易于处理、集成和投入运行。
 

PROFINET 是一个不依赖于制造商的开放标准:除西门子外,很多其它技术提供商也提供相应解决方案与支持。PROFINET 不依赖于制造商的标准化由 PI (PROFIBUS & PROFINET International) 来保证。了解有关技术提供商及其产品的更多信息:

 

PROFINET 和技术提供商
 

PROFINET 的优势:
- 开放式架构,并通过 TCP/IP 实现融合(符合 IEEE 802.3)

- 高速数据交换、高数据速度和抖动极低的确定性通信

- 各种联网介质(铜缆、光纤、无线)

- 灵活的网络拓扑(总线型、星型、树型、环型),具有读出拓扑的功能

- 丰富的诊断功能和工具

- 面向未来,通过全面符合 IEEE 802 标准来实现时间敏感网络 (TSN)


有关 PROFINET 的灵活性、效率和性能的其它信息,请见:

设备开发

先进的技术是最佳基石

对于 PROFINET 开发项目,应考虑以下方面:必须符合哪个一致性等级?需要哪种通信类型(实时通信还是等时同步实时通信)?在此处了解更多信息。

PROFINET 标准定义了所谓“一致性等级”。这些等级用于实现功能与性能的标准化。根据所需的功能,必须为每个应用领域选择最适宜的 PROFINET 实施类型。为了促进设备开发,西门子提供了适合所有一致性等级的基本 PROFINET 技术。
 

需要执行的一致性等级的选择取决于应用(如轴协同控制或测量技术),但也可以按最终客户的要求来确定等级。



下面更详细地介绍了一致性等级:

PROFINET 规定了两个不同的设备类型:

  1. 控制器(主站,通常是机器控制器)
  2. 设备(从站,如现场设备)

所使用的硬件取决于必须符合的一致性等级。PROFINET over RT(一致性等级 A 和 B)可用标准以太网硬件来实现。PROFINET over IRT(一致性等级 C)需要特定硬件支持。

 

自然,符合一致性等级 C 的设备也支持RT实时通信。

有关面向未来进行设备开发的信息:

下载宣传册

硬件/软件

控制器和设备开发支持

对于 PROFINET 控制器或 PROFINET 设备,西门子可通过现成的硬件和软件组件(如 PROFINET协议 栈、PROFINET 驱动、通信模块、开发工具包、API 或 ERTEC ASIC)和适当的开发套件来优化和简化 PROFINET 设备的开发。

低成本零部件是很大的竞争优势,特别是在用户经常利用公司内部开发的控制软件的大规模机器生产当中。出于性能、灵活性或成本方面的原因,具体应用是在标准 PC 上实现的。PROFINET 驱动支持这种应用,不需要特殊硬件,因为它采用了标准以太网接口。

 

由于 PROFINET 驱动是以源代码的形式提供的,公司内部的解决方案可移植到一系列操作系统和硬件平台上。这就意味着,PROFINET 驱动也非常适合在嵌入式系统中使用,用来实现公司内部的控制解决方案。组态可通过开放式 XML 接口进行,十分方便,无需组态工具。通过 TIA Portal,也可以跟往常那样方便地完成组态。核心是已在多年应用中得到证明的 SIMATIC PROFINET 协议栈。

 

PROFINET RT 控制器解决方案的开发: PROFINET over RT 没有以太网硬件方面的特殊要求。几乎所有以太网控制器都可已使用 PROFINET 驱动。PROFINET 驱动 V2.1 支持 Intel Springville 和 Hartwell 以太网控制器。 

 

PROFINET IRT 控制器解决方案的开发: PROFINET over IRT 需要以太网控制器的硬件支持。这种支持由 PROFINET 驱动提供,并与安装的 CP 1625 或 SOC1-ASIC 相结合。为了开发嵌入式系统,西门子提供了 CP 1625 的布局以及 SOC1 的设计约束。

 

PROFINET 驱动既适合简单应用(如具体 的PROFINET 产线),也适合复杂机器。标准以太网接口支持 PROFINET over RT,循环时间从 1 ms 起,而 PROFINET over IRT 的循环时间从 250 µs 起。

 

网络融合是工业 4.0 的一个不可缺少的主题。PROFINET 驱动具有这样的设计:除 PROFINET over RT 或 IRT 外,标准 TCP/IP 应用也可在同一线缆上(从而在相同以太网控制器上)运行。

  • 更新时间:
    • PROFINET over RT 循环时间从 1 ms 起,使用实时操作系统时
    • PROFINET over RT 循环时间从 1 ms 起,使用 Windows 时
    • PROFINET over IRT 循环时间从 250µs 时,使用 CP 1625 / SOC1 和实时操作系统时
  • 数量结构:Debian Linux 为 128 个设备;Windows 为 16 个设备
  • 含有 RT 补丁程序的 Debian Linux 以及 Windows 的标准实施
  • 选项处理
  • 快速设备启动
  • 共享设备访问
  • 适配设备及供应商 ID
  • 包括机械工程和 TIA Portal 项目的标准示例

PROFINET 控制器需要对所用的设备进行组态。组态内容包括网络设计、设备设计和参数、更新速率设置、寻址等。可通过两种不同方式来进行 PROFINET 硬件组态:

1)  使用 PNConfigLib

2)  在 TIA Portal 中

通过 SIMATIC CP 1625 Dev,西门子提供了一个开发板,用来开发循环时间等于或大于 250 μs 的 PROFINET IRT 控制器。其核心是 ASIC SOC1,它可确保构建 IRT 控制器所需的硬件支持。

 

基于 PROFINET 驱动且带有 CP 1625/SOC1 的 IRT 控制器支持等时同步模式。可以创建用于测量或复杂运动控制应用(如电子凸轮,路径插补、轴协同控制)的控制系统。一个含有 PROFIdrive 连接的示例可供下载。

 

PROFINET 驱动和 PNConfigLib 是以源代码形式提供的。通过适配或移植,使得特定的待开发的目标系统集成PROFINET功能更为容易。通过将评估板 CP 1625 Dev 作为开发平台,可更快和更方便地开始。为了开发嵌入式系统,西门子提供了 CP 1625 的布局以及 SOC1 的设计约束。这样,SOC1 就可经由 PCIe 连接到主机处理器。

通过适合  CP 1604 / CP 1616 的开发套件 DK-16xx PN IO 或适合 CP 1626 的开发套件 DK-HN PN IO 来开发 RT 或 IRT 控制器及设备

 

专用控制解决方案的制造商常常需要将应用程序集成在 PROFINET 网络中(RT 以及 IRT 运行)。借助于西门子的通信处理器,不管是 PN IO 控制器还是 PN IO 设备,均可快速且方便地完成这种集成。通过提供的 Windows 驱动,无需特殊的编程知识即可进行操作,并通过 TIA Portal 像往常那样规划和组态板卡。由于机器制造商也经常使用其它操作系统,还包括了适合通信处理器的开发套件(驱动和 IO-Base 软件)。它们以源代码的形式提供,适用于 Linux 下的所有操作模式,并且可移植到任何基于 PC 的操作系统。IRT 及和 RT 运行均是这种情况。

使用适当的软件扩展(请见 PROFIsafe 入门级套件),也可以将设备功能转换到 PROFIsafe 设备。

 

为了支持广泛的应用领域,提供了三种不同的卡接口。此外,CP 1604 还有一个经过铁路应用认证的型号。

DK-16xx PN IO 下载

DK-HN-IE PN IO 下载

  • 全双工,支持自动协商
  • 带有以太网实时 ASIC ERTEC 400 / SOC
  • 集成式 4 端口实时交换机
  • 通信服务:
    - PROFINET IO 控制器和/或 PROFINET IO 设备
    - 面向运动控制应用提供 IRT 支持
  • 可直接访问存储器,具有高性能
  • 支持 SNMP,可集成在网络管理系统中
  • 针对模块的安装、调试和运行,提供了丰富的诊断选项
  • 模块的供货范围包含功能强大的组态工具

供货范围内包含开发工具包 DK-16xx PN IO / DK-HN-IE PN IO;以 Linux 中的源代码的形式提供适用于 CP 1604/1616/1626 PROFINET IO 控制器和 IO 设备的驱动和 IO-Base 软件,用于移植到任何基于 PC 的操作系统(具有基于 IO 的接口),可用于:

  • PROFINET 通信:
    - PROFINET IO 控制器:
      通过 PROFINET 将现场设备连接到工业以太网
    - PROFINET IO 设备:
  •   根据 PROFINET 标准,通过实时通信连接到 PROFINET IO 控制器
  • 由于可通过 IRT 对 PROFINET 的实时数据进行时钟同步访问,循环时间极短,且具有高精度时钟频率、低抖动高精度以及等时同步模式,可实现高性能运动应用。
  • 由于直接访问存储器的过程数据,IO 设备的过程数据始终保持一致。IO 编程接口为 PC 程序员提供了用于数据交换的函数调用功能。
  • IO 路由
  • 借助于接口的设计,不仅能作为 PROFINET IO 控制器进行快速访问,还便于移植其它操作系统环境中(如 VxWorks、QNX、RMOS、RTX)。使用开发套件,可以将 CP 1604/1616/1626 通信处理器集成在任何基于 PC 的操作系统环境中。开发套件中包含必要的驱动和 IO-base 源代码,包括移植指令以及在 Debian Linux 中运行的示例代码。
PROFINET 行规

不依赖于制造商的标准化确保极高的最终客户满意度

应用行规是由制造商和用户联合制定的,用来定义设备与系统的特定属性、性能特性和行为。PROFIsafe、PROFIdrive 和 PROFIenergy 等通用行规适合各种应用。

PROFIsafe 入门级套件 – 更快速地产生故障安全现场设备

PROFIsafe 入门级套件 – 更快速地产生故障安全现场设备

在自动化领域,功能安全性是一个需要考虑的重要问题。PROFIsafe 入门级套件可用于方便地实现故障安全现场设备。用于方便地连接到 ERTEC 平台的示例实现方式可用于 PROFIsafe 协议栈

 

F 主机(安全控制器)与其 F 设备之间的 F 消息以 PROFINET 报文形式作为负载传输。

 

采用 PROFIsafe 协议,用户无需评估具体背板总线系统或 PROFINET 以外的其它通道的安全性。因此,它可确保从 F 信号的发送方(如远程总线终端中的 F 模块)到接收方(F 主机)或相反方向的整个路径的功能安全性。这是通过 F 消息中的附加安全措施实现的。

PROFIsafe 在 IEC61784-3-3 中定义为用来实现安全功能(故障安全)的协议,由 IFA(德国法定意外保险协会 (DGUV) 的工业安全研究院)和 TÜV 进行了认证。PROFIsafe 同等适用于 PROFIBUS 和 PROFINET。

 

故障安全 (F) 就是通过采用适当技术和组织措施,使得系统能够针对危险提供安全防护并将风险降低到可接受水平的能力。

PROFINET 用户组织迫切建议遵守以下主要前提条件以确保对 PROFIsafe 产品进行高效的初始开发:

  • 根据 IEC 61508 指定有关功能安全的开发流程
  • 使用 PROFIsafe 开发套件来避免陷阱和错误转向
  • 由一个测试中心来监控开发过程(根据 IEC 61508 的“V”模型)

PROFIdrive – 快速而方便地实现驱动方案

PROFIdrive 描述了 PROFIBUS 和 PROFINET 的标准化驱动接口。这个也根据 IEC 61800-7 制定的面向应用的行规包括用于驱动装置与自动化系统之间通信的标准化参数(语法和语义),确保独立于任何特定制造商。

 

PROFIdrive 应用行规构成工业自动化技术领域中众多驱动任务的基础。它定义了设备特性以及从电气装置访问驱动数据的过程,并且完美结合进附加的 PROFIsafe 和 PROFIenergy 行规。

此应用示例包括:

从传动的角度看,PROFIdrive(橙色)充当 PROFINET协议 栈(绿色)与驱动应用(蓝色)之间的应用层。

有关面向将来进行设备开发的信息:

下载宣传册

认证

认证 PROFINET 现场设备

工业系统中的 PROFINET 通信基于标准 IEC 61158 和 61784。对于安全组件和装置,标准 IEC 62061/ISO 13849-1 也适用。

认证理由

必须针对 PROFINET 由一个认可的 PI 测试实验室 (PITL) 执行设备认证,以确保不同制造商的自动化设备之间的互操作性和一致性。这样可以提高最终客户的设备可用性,并大大降低由设备制造商提供费用高昂的服务的风险。

 

认证内容涉及检查自动化设备是否符合标准,从而确保自动化系统中的各组成部分完美协同运行。虽然每个 PROFINET 设备都必须要经过认证,但认证费用将随所用的具体技术而有所不同。

支持

有关开发 PROFINET 设备的全球支持

为了实现高效和成功的开发过程,开始开发项目之前进行全面咨询极为重要。现场设备开发的最后一步是认证。针对 PROFINET,西门子还提供了独立的认可测试实验室,如位于德国的 ComDeC、位于美国的 PIC、位于中国的 ITEI 以及位于捷克的测试实验室。

联系

ComDeC 中的专家乐于为您提供帮助

西门子技术资格中心将帮助您选择用于开发 PROFINET 设备的适宜技术组件,提供培训机会,并在从开发阶段直至获得成功认证的整个过程中为您提供支持。请与西门子联系。

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