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)的實時通信報文基于IEEE802.3，具有4個字節(jié)的VLAN標(biāo)簽（IEEE802.1p），該標(biāo)簽其中的3個位可以表示PROFINET實時數(shù)據(jù)的優(yōu)先級，參考圖1 PROFINET實時報文。

　　圖1 PROFINET實時報文

　　PROFINET循環(huán)的實時數(shù)據(jù)報文具有優(yōu)先級，且用戶優(yōu)先級為6。VLAN標(biāo)示符VID=0表示報文僅包含優(yōu)先級信息，而不是一個有效地VLAN標(biāo)識。

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

　　支持IEEE802.1p的交換機會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)，IEEE802.1p標(biāo)準(zhǔn)

　　通過在OSI 2層給數(shù)據(jù)加入優(yōu)先級以及交換機中的不同隊列分配，實現(xiàn)加速報文轉(zhuǎn)發(fā)。

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

　　不同的應(yīng)用按照不同的方式進行處理

　　賦予實時應(yīng)用更高的優(yōu)先級

　　賦予普通的應(yīng)用較低的優(yōu)先級

　　這樣在IEEE802.1p的支持下，用戶終端主機能請求所提交流量的優(yōu)先等級，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則在幀頭上設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)記予以實施。802.1p可以將以太網(wǎng)中的流量分為8個優(yōu)先等級，將時間敏感的視頻/音頻以較高的優(yōu)先級在交換式以太網(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)交換機都能夠支持多優(yōu)先級業(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”字段內(nèi)容的不同進行緩存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等操作。理想情況下，以太網(wǎng)交換機能支持的優(yōu)先級與802.1p規(guī)定的優(yōu)先級相同，但實際情況有時并非如此。

　　西門子的SCALANCE X以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品中，X-00系列具有兩個優(yōu)先級堆棧，高的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶優(yōu)先級4，5，6，7的數(shù)據(jù)，低的優(yōu)先級堆棧處理具有用戶優(yōu)先級3，0，1的數(shù)據(jù)。對于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的優(yōu)先級與IEEE802.1p所規(guī)定的優(yōu)先級相同。具有4個優(yōu)先級堆棧，每個堆棧處理不同用戶優(yōu)先等級的數(shù)據(jù)，參考圖2 SCALANCE X交換機優(yōu)先級堆棧。SCALANCE X以太網(wǎng)交換機會根據(jù)數(shù)據(jù)的用戶優(yōu)先級的不同由內(nèi)部不同的優(yōu)先級堆棧來處理。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)先級的數(shù)據(jù)，對于用戶優(yōu)先級6，7由最高優(yōu)先級堆棧處理優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。

　　圖2 SCALANCE X交換機優(yōu)先級堆棧

　　SCALANCE X以太網(wǎng)交換機會優(yōu)先對高優(yōu)先級的堆棧中的高優(yōu)先級數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)。參考圖3 IEEE802.1p報文優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)原則。幀1正在被發(fā)送，表明不會中斷正在發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸。幀2的優(yōu)先級低于幀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)送順序為幀1，幀3，幀2。

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

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

　　圖4 交換機組態(tài)

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

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

　　第二種情況，如果使用SCALANCE X300/400時，且PROFINET實時數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)在一個通道上進行傳輸，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實時通信與PC1和PC2的普通通訊，例如TCP/IP，共同占用2臺SCALANCE X400之間的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交換機會認(rèn)為PROFINET 實時數(shù)據(jù)與普通的TCP/IP數(shù)據(jù)的優(yōu)先級一樣，這樣不會優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)PROFINET實時數(shù)據(jù)。

　　圖5 組態(tài)舉例

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

　　圖6 交換機Web組態(tài)

　　通過設(shè)置VLAN后，PROFINET的實時數(shù)據(jù)的優(yōu)先級會被SCALANCX300/400交換機所識別，這樣PROFINET的實時數(shù)據(jù)被優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，達到實時的目的。

　　組態(tài)1毫秒高精度時間戳?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，適用于高精度時間戳的數(shù)量框架和指導(dǎo)。

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

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

　　為保障多個自動化系統(tǒng)（工廠范圍）1ms高精度時間戳的一致和同步，此條目中需要增加的時間同步（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CPU最多16個ET 200SP HA站帶高精度時間戳

　　每個ET 200SP HA最多32個IO模塊帶高精度時間戳

　　每個IO模塊最多16個通道（DI）帶高精度時間戳

　　每個ET 200SP HA最多512個IO信號帶高精度時間戳

　　注意

　　如果捕獲到來自帶時間戳的IO冗余模塊的信號，則信號計算兩次。

　　PROFINET 現(xiàn)場總線配置

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

　　無交換機和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

　　PROFINET子系統(tǒng)線路長度最大1000米

　　僅RJ45和快接網(wǎng)絡(luò)電纜，無光纖

　　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MRP環(huán)

　　冗余PROFINET配置R1中無相反方向連接的線纜

　　圖. 01

　　TIME-NET的時間同步和配置

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

　　時間主站SICLOCK TC400和CPU 410-5H通過一個單獨的網(wǎng)絡(luò)（TIME-NET）連接，此網(wǎng)絡(luò)僅用于時間同步。

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

　　圖. 02

　　TIME-NET星形配置

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

　　圖. 03