上海西邑電氣技術(shù)有限公司

　　聯(lián)系人 鄭鑫 135八五七五四八零三

　　PROFINET循環(huán)的實(shí)時(shí)通信報(bào)文基于IEEE802.3，具有4個(gè)字節(jié)的VLAN標(biāo)簽（IEEE802.1p），該標(biāo)簽其中的3個(gè)位可以表示PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，參考圖1 PROFINET實(shí)時(shí)報(bào)文。

　　圖1 PROFINET實(shí)時(shí)報(bào)文

　　PROFINET循環(huán)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文具有優(yōu)先級(jí)，且用戶優(yōu)先級(jí)為6。VLAN標(biāo)示符VID=0表示報(bào)文僅包含優(yōu)先級(jí)信息，而不是一個(gè)有效地VLAN標(biāo)識(shí)。

　　報(bào)文具有“用戶優(yōu)先級(jí)”符合IEEE802.1p標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.1p具有如下特點(diǎn):

　　支持IEEE802.1p的交換機(jī)會(huì)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)，IEEE802.1p標(biāo)準(zhǔn)

　　通過(guò)在OSI 2層給數(shù)據(jù)加入優(yōu)先級(jí)以及交換機(jī)中的不同隊(duì)列分配，實(shí)現(xiàn)加速報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。

　　TCI中包含表示服務(wù)種類(Class of Service)的3個(gè)位，這樣CoS服務(wù)就有8個(gè)優(yōu)先級(jí)，其中0為最低優(yōu)先級(jí)，而7為最高優(yōu)先級(jí)。

　　不同的應(yīng)用按照不同的方式進(jìn)行處理

　　賦予實(shí)時(shí)應(yīng)用更高的優(yōu)先級(jí)

　　賦予普通的應(yīng)用較低的優(yōu)先級(jí)

　　這樣在IEEE802.1p的支持下，用戶終端主機(jī)能請(qǐng)求所提交流量的優(yōu)先等級(jí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則在幀頭上設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)記予以實(shí)施。802.1p可以將以太網(wǎng)中的流量分為8個(gè)優(yōu)先等級(jí)，將時(shí)間敏感的視頻/音頻以較高的優(yōu)先級(jí)在交換式以太網(wǎng)中傳送，以支持以太網(wǎng)上各類業(yè)務(wù)的QoS。參考表1 。

　　表1

　　目前，許多以太網(wǎng)交換機(jī)都能夠支持多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的分類處理，即支持IEEE802.1p，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的“用戶優(yōu)先級(jí)”字段內(nèi)容的不同進(jìn)行緩存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等操作。理想情況下，以太網(wǎng)交換機(jī)能支持的優(yōu)先級(jí)與802.1p規(guī)定的優(yōu)先級(jí)相同，但實(shí)際情況有時(shí)并非如此。

　　西門子的SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品中，X-00系列具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)堆棧，高的優(yōu)先級(jí)堆棧處理具有用戶優(yōu)先級(jí)4，5，6，7的數(shù)據(jù)，低的優(yōu)先級(jí)堆棧處理具有用戶優(yōu)先級(jí)3，0，1的數(shù)據(jù)。對(duì)于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的優(yōu)先級(jí)與IEEE802.1p所規(guī)定的優(yōu)先級(jí)相同。具有4個(gè)優(yōu)先級(jí)堆棧，每個(gè)堆棧處理不同用戶優(yōu)先等級(jí)的數(shù)據(jù)，參考圖2 SCALANCE X交換機(jī)優(yōu)先級(jí)堆棧。SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的用戶優(yōu)先級(jí)的不同由內(nèi)部不同的優(yōu)先級(jí)堆棧來(lái)處理。這也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的產(chǎn)品可以細(xì)分用戶優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)，對(duì)于用戶優(yōu)先級(jí)6，7由最高優(yōu)先級(jí)堆棧處理優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。

　　圖2 SCALANCE X交換機(jī)優(yōu)先級(jí)堆棧

　　SCALANCE X以太網(wǎng)交換機(jī)會(huì)優(yōu)先對(duì)高優(yōu)先級(jí)的堆棧中的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。參考圖3 IEEE802.1p報(bào)文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)原則。幀1正在被發(fā)送，表明不會(huì)中斷正在發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸。幀2的優(yōu)先級(jí)低于幀3，所以優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)幀3。最終端口1的數(shù)據(jù)幀發(fā)送順序?yàn)閹?，幀3，幀2。

　　圖3 IEEE802.1p報(bào)文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)原則

　　除此以外，X200系列以上的SCALANCE X交換機(jī)不但可以在Step7中作為IO設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，也可以在Step7中實(shí)現(xiàn)集成診斷。參考圖4 交換機(jī)組態(tài)。

　　圖4 交換機(jī)組態(tài)

　　在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交換機(jī)應(yīng)用在PROFINET實(shí)時(shí)應(yīng)用中，由于這兩種系列的交換機(jī)不但支持IEEE802.1p還支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么這兩類以太網(wǎng)交換機(jī)則認(rèn)為VLAN ID=0的幀不帶有VLAN標(biāo)簽。這意味著PROFINET實(shí)時(shí)報(bào)文（VID=0）在這兩類交換機(jī)之中轉(zhuǎn)發(fā)不具有優(yōu)先級(jí)，與普通的數(shù)據(jù)一樣，不會(huì)被交換機(jī)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。所以在使用這兩類交換機(jī)時(shí)，需要特別注意，這種情況下，可以使用2種方式來(lái)改善:

　　第一種情況，就是使用SCALANCE X200系列以下的交換機(jī)，這樣由于這些系列的交換機(jī)不支持IEEE802.1Q，僅支持IEEE802.1p，所以會(huì)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　第二種情況，如果使用SCALANCE X300/400時(shí)，且PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)在一個(gè)通道上進(jìn)行傳輸，需要給PROFINET的數(shù)據(jù)傳輸通道設(shè)置VLAN。例如圖5 組態(tài)舉例。PROFINET IO控制器和IO設(shè)備的PROFINET實(shí)時(shí)通信與PC1和PC2的普通通訊，例如TCP/IP，共同占用2臺(tái)SCALANCE X400之間的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交換機(jī)會(huì)認(rèn)為PROFINET 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與普通的TCP/IP數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)一樣，這樣不會(huì)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　圖5 組態(tài)舉例

　　其中，PC1和PC2分別連接在各自SCALANCE X400交換機(jī)端口P10.1，PROFINET設(shè)備則分別連接在各自SCALANCE X400交換機(jī)端口P9.1，交換機(jī)之間的連接通過(guò)各自的P11.1進(jìn)行連接。那么設(shè)置PROFINET設(shè)備和PC設(shè)備都屬于VLAN2，兩臺(tái)交換機(jī)的設(shè)置如下圖6 交換機(jī)Web組態(tài)。關(guān)于VLAN的詳細(xì)設(shè)置，請(qǐng)參考西門子網(wǎng)站網(wǎng)上課堂《西門子交換機(jī)SCALANCE X VLAN組態(tài)》，鏈接如下:82454083

　　圖6 交換機(jī)Web組態(tài)

　　通過(guò)設(shè)置VLAN后，PROFINET的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)會(huì)被SCALANCX300/400交換機(jī)所識(shí)別，這樣PROFINET的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，達(dá)到實(shí)時(shí)的目的。

　　組態(tài)1毫秒高精度時(shí)間戳?xí)r必須滿足一些特定要求。該條目即解釋使用ET 200SP HA和PROFINET時(shí)，適用于高精度時(shí)間戳的數(shù)量框架和指導(dǎo)。

　　使用ET 200SP HA和PROFINET實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間戳，可以根據(jù)需要的精度采用不同的組態(tài)指導(dǎo)。

　　要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)1ms的精度間隔，必須滿足此條目中描述的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)量框架和組態(tài)指導(dǎo)。

　　為保障多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)（工廠范圍）1ms高精度時(shí)間戳的一致和同步，此條目中需要增加的時(shí)間同步（SICLOCKTC 400和TIME-NET）同樣必須滿足。

　　基于PROFINET精度1ms的高精度時(shí)間戳需使用以下組件:

　　IO控制器:固件版本V8.2或更高的CPU 410-5H

　　分布式IO模板:ET 200SP HA

　　注意

　　需要CP 443-1將CPU 410-5連接至工廠總線。

　　數(shù)量框架

　　應(yīng)用以下數(shù)量框架:

　　每個(gè)CPU最多16個(gè)ET 200SP HA站帶高精度時(shí)間戳

　　每個(gè)ET 200SP HA最多32個(gè)IO模塊帶高精度時(shí)間戳

　　每個(gè)IO模塊最多16個(gè)通道（DI）帶高精度時(shí)間戳

　　每個(gè)ET 200SP HA最多512個(gè)IO信號(hào)帶高精度時(shí)間戳

　　注意

　　如果捕獲到來(lái)自帶時(shí)間戳的IO冗余模塊的信號(hào)，則信號(hào)計(jì)算兩次。

　　PROFINET 現(xiàn)場(chǎng)總線配置

　　線形配置中一條線最多16個(gè) ET 200SP HA站點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)中可以組態(tài)為MRP環(huán)）

　　無(wú)交換機(jī)和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

　　PROFINET子系統(tǒng)線路長(zhǎng)度最大1000米

　　僅RJ45和快接網(wǎng)絡(luò)電纜，無(wú)光纖

　　高可用系統(tǒng)中僅允許冗余PROFINET配置R1

　　冗余PROFINET配置R1為物理隔離的網(wǎng)絡(luò)

　　冗余PROFINET配置R1中無(wú)MRP環(huán)

　　冗余PROFINET配置R1中無(wú)相反方向連接的線纜

　　圖. 01

　　TIME-NET的時(shí)間同步和配置

　　為保障多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)（工廠范圍）1ms高精度時(shí)間戳的一致和同步，應(yīng)用以下組態(tài)指導(dǎo)。

　　時(shí)間主站SICLOCK TC400和CPU 410-5H通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)（TIME-NET）連接，此網(wǎng)絡(luò)僅用于時(shí)間同步。

　　作為時(shí)間主站，SICLOCK TC400在SIMATIC模式下間隔1秒傳送時(shí)鐘。CPU 410-5H必須在其集成的PN-IO接口上運(yùn)行時(shí)間同步。SICLOCK TC400共有4個(gè)可用于時(shí)間同步的以太網(wǎng)接口。

　　以下配置形式可用于TIME-NET:

　　線

　　星

　　TIME-NET線形配置

　　TIME-NET線形配置中最多12個(gè)CPU

　　圖. 02

　　TIME-NET星形配置

　　SICLOCK TC400H和CPU之間使用交換機(jī)形成星形配置，最多4個(gè)交換機(jī)連接至SICLOCK的4個(gè)端口，每個(gè)交換最多24個(gè)端口，則最大的數(shù)量框架為92個(gè)CPU（4 x 23）。

　　圖. 03