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PROFINET IO系统的实时等级

在工业自动化应用中，对时间要求苛刻的数据通常是周期性地传输。于是，实时通信就包含两个方面内容，首先是在很短的周期内快速响应，其次是抖动，就是指每次刷新时间会有细微的差别。实时性对于通信周期和抖动的要求根据应用场合不同而不同，对于过程仪表来说通信周期大于100ms也算实时（抖动甚至有几十毫秒），对于工厂自动化来说，实时就要求通信周期在1~10ms（抖动小于1ms），而运动控制则要通信求周期小于1ms（抖动小于1us）。

   正所谓众口难调，比如说温度控制，通信周期在秒级就够了，太快了完全没有必要；而工业机器人就不行了，通信周期得在微秒级别，慢了的话这个机器手臂动起来就别扭了，比如说周期是1秒，你会看到哪怕是做一个自由度的动作，机器手都是一顿一顿，像迈克尔·杰克逊在跳“太空舞步”。

   没困难要做，有困难克服困难也要做！为了解决“众口难调”的困难，PROFINET IO在实时通信的基础上再定量地区分出四种实时等级，用户可以根据工业自动化应用领域的不同，选择满足现场实时等级要求的设备。所表中所示，PROFINET IO系统四种实时等级的特点和要求是不同的，其中RT_CLASS_UDP是一个可选等级，可以看成是周期性的UDP通信。

在PI组织的教程资料中，大多会介绍以上四种实时等级，其实在德国有PROFINET的专著，其中还将RT_CLASS_2根据报文传输是同步还是非同步再细分成两种，非同步的RT_CLASS_2类似于RT_CLASS_1，只是总线周期短一些。个人感觉这RT_CLASS_2挺“较真儿”的，还真像德国人做事情的态度。而实时通信之间的详细比较如下表所示。

设备防护等级

现在介绍第四个选择设备考虑因素——防护等级。

    大家一般都是在宿舍里玩电脑或者联机，这种办公室环境本身就是一种对笔记本电脑和网络设备的防护。而大家在看一些军事题材的关于特种兵的影片时，看到众多身手矫健的特种兵中往往都会有个把电脑高手，所使用的笔记本电脑裹着特有的迷彩颜色的厚厚外壳，而且在野外严酷的环境中也要随时拿出来使用，相信这些电脑肯定经过特殊设计处理，能够在野外环境使用。所以普通笔记本和特种兵使用的笔记本有不同防护要求上，当然也要有不同的防护处理。

     工业现场在许多人眼里，往往是一幅以机器、设备、油污和粉尘为代表的画面，鄙人曾经在上海大众汽车生产线现场调试过设备，头戴安全帽，身披工作服，一天下拉满身油污，这段经历一直印象深刻。所以在工业现场使用的设备更类似于特种兵使用的笔记本，需要考虑防护处理，Zui起码要需要考虑电磁兼容性、温度、防尘防潮以及机械质量等因素，甚至要想到Zui苛刻的现场环境，所以根据不同的产生环境需要不同的等级防护。

    防护等级用英文缩写IP表示，后面跟着两位数字，前一位表示防尘的范围，Zuigaoji别是6；后一位表示防水等级，Zuigaoji别是8。数字越大表示越强。

一般是以有无控制柜保护作为标准两个典型防护，其中相关标准如右上表中所示。

选好设备后的其它讲究

 根据以上的条件和要求选择好设备后，我们已经为搭建生产线控制网络开了个好头。这里要稍微“唐僧”两句，工厂生产线可不比宿舍游戏，工业的要求总是特别讲究，远比玩功夫茶复杂；工业的产品一般都特别贵，让不少国内企业咋舌；工业的标准总是特别苛刻，讲起来要复杂一些。这时工业标准听了不乐意了，抱怨说：“军用标准比俺还挑剔呢！”

    言归正传，在选好的设备后还需要考虑位置布局，功能进行分组。

    位置布局通常是根据邻近布局的原则。熟悉项目概要、生产线电气原理图、布局图。每个设备和组件需要合理摆放，例如可以根据以下条件考虑设备布局和位置摆放：

1.  IO控制器应该使用单独的交换机连接，离IO设备尽量近一点；

2.  远程IO设备摆放位置应该靠近现场，或者离控制柜远一些；

3.  控制面板zuihao能靠近现场，而显示面板则zuihao能离现场远一些，从而实现远程监控。

    摆放好设备后需要功能分组，就是根据功能范围的不同进行分类，这样可以保证设备具有互操作性，这也是从一致性类别的角度划分范围。从这一点可以看出“物以类聚，人以群分”的道理在工控行业也是适用的嘛！

PROFINET IO阶段小结

经过本人讲述，大家也许会有一个感觉——PROFINET太灵活了，可以按照不同条件分成许多种类别，满足不同层次的控制要求和通信需要。这同时也印证了PROFINET的全面，也是能够实现“一网到底”的原因，所以说PROFINET的特点概况来说应该是全面性和灵活性。其实这个特点与西门子工业数字化、菲尼克斯电气公司的特点倒有点一脉相承的感觉，就是都是拥有涵盖整个工业自动化各个方面的产品，都能够提供灵活的、客户化定制的技术方案，满足整个工厂自动化网络的各个层次。

    根据以上条件选好PROFINET设备后，自动化工厂就是如下图所示。可以看出现场有两条生产线有以下以下特征：

1.      A生产线由一个PROFINET IO系统组成，组成了一个一致性类别B的区域，有IO控制器和IO监视器各一个，有IO设备若干；

2.      B生产线由两个PROFINET IO系统组成，其中一个选择了一致性类别B的设备，包括监视器和控制面板，另一个系统组成了一致性类别C的区域；

3.      对于生产线B中的两个控制器，两者之间还需要一些通信配合，两条生产线各自作为一个自动化信息岛，有数据需要交互，就是前面提及的PROFINET CBA通信；

4.      生产线控制系统通信作为现场层，与控制层、管理层也有数据传输。

 怎么样，选好了设备的一条生产线像不像配好各种原件的电脑？好了，现在你可以让自己的电脑主机接好显示器、鼠标、键盘，先安装一些游戏过过瘾吧，毕竟这是个新玩具，可以新鲜好几天。等大家过足了单机游戏的瘾，想联机玩游戏时，我们再讲怎么连线。

PROFINET网络安装

前面讲述了如何选择设备来组成生产线控制系统，经过一番折腾后，PROFINET设备都有了，位置也确定下来，下面就应该介绍如何连接PROFINET网络。

    大家玩了几天单机游戏，虐电脑也兴趣也不大了，大家的兴趣应该转移到考虑整点网线和交换机进行联网游戏上来了吧。宿舍内联网当然要解决两个问题——怎么连接（how）与拿什么连接（what）。怎么连是讨论方案问题，讲的是网络拓扑和连接方法；拿什么连是选用器材问题，讲的是网络设备。因此本章将会按以下的顺序展开：

1.      网络安装需要先了解网络拓扑结构；

2.      然后才是传输介质，也就是电缆、光纤、连接器与无线通信；

3.      很多情况下会使用交换机。

 宿舍联网的前提物质条件是需要网线，当时买网线的印象还记忆犹新。抱着“没吃过猪肉，还没见过猪跑吗”的心态，鄙人自以为是、自告奋勇的去电脑城买网线，当时认为网线应该就是像买布一样按长度来买网线，然后网线两端安装好水晶头（RJ45接线头），Zui后带回去把电脑连起来就好了。后来，卖家就问了一个问题：“要交叉线和还是直连线？”这问题让我顿时“石化”，又没好意思仔细请教一下卖家各有什么区别（俺可是大学理工男嘛），当时手机还没有普及，所以只好回学校去找有经验的同学问，他说就是连交换机用的，然后再去了一趟电脑城买好网线。这件事情让我狠狠的丢了一把脸，所以此后一直就会琢磨这两者有什么区别吗？其实交叉与直连区别大发了，而且PROFINET网络安装并没有宿舍联网那么简单，