PROFINET RT通信技術研究

劉柯， 耿春明， 夏繼強

(北京航空航天大學 機械工程及自動化學院, 北京 100191)

0 引 言

PROFINET基于工業以太網實現，從數據傳輸的快速性、實時性以及通信的安全性、可靠性出發，為自動化領域的網絡通信提供了一套完整的解決方案[1]。為了滿足用戶不同的實時性需求，PROFINET提供了三種通信方式：UDP/IP、PROFINET RT、PROFINET IRT。本文主要研究使用廣泛的PROFINET RT通信。

目前國外對PROFINET RT通信的性能和響應時間等方面作了較多的研究與分析[2-5]，而國內對于PROFINET RT研究的文獻并不是很多，多篇文獻雖然對PROFINET RT通信作了簡單的介紹，概括性地描述了PROFINET通信幀的組成及結構，但沒有對PROFINET RT通信保證實時性的技術手段、通信規律等方面作出說明[6-9]，而這些方面的研究將對深入理解PROFINET RT技術、利用這門技術更好地為相關產業服務產生重要影響。本文從PROFINET RT實現實時性的方法出發，介紹并分析了PROFINET RT通信的規律以及PROFINET RT通信幀結構與組態的關系。

1 PROFINET RT實時性的實現

PROFINET RT通信主要通過以下四個方面保障通信的實時性：

(1)傳統的以太網利用CSMA/CD技術解決可能出現的網絡競爭訪問問題，從而導致數據發送和接收時間的不確定性。PROFINET技術充分利用交換機技術，通常在PROFINET設備上集成多個帶交換功能的端口，減小了可能的數據通信沖突域。另外，PROFINET設備還支持IEEE 802.1Q標準，RT通信幀中攜帶標識優先級的VLAN標簽，使得交換機中各種報文的發送有了先后順序，降低了數據沖突的可能性[10]。

(2)如圖1所示，傳統以太網的四層模型包括應用層、傳輸層、網絡層和鏈路層，而PROFINET的實時數據包括RT和IRT，旁路了TCP/UDP和IP層，精簡了協議棧，減少了實時報文通過協議棧的時間，為快速生成報文和解析提供了有利條件[11-12]。……