工业以太网介绍及与普通以太网区别

有的时钟不断地与主时钟比较时钟属性，如果新时钟加入系统或现存的主时钟与网络断开，则其他时钟会重新决定主时钟。如果多个PTP子系统需要互联，则必须由边界时钟来实现。边界时钟的某个端口会作为从属端口与子系统相联，并且为整个系统提供时钟标准。因此这个子系统的主时钟是整个系统的原主时钟。边界时钟的其他端口会作为主端口，通过边界时钟的这些端口将同步信息传送到子系统。边界时钟的端口对子系统来说是普通时钟。

IEEE1588所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步，使得在分配控制工作时无需再进行专门的同步通信，从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式分开的效果。由于高精度的同步工作，使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的，不影响控制精度的范围。IEEE1588的一大优点是其标准非常具有代表性，并且是开放式的。由于它的开放性，现在已经有许多控制系统的供应商将该标准应用到他们的产品当中了。而且不同设备的生产商都遵循同样的标准，这样他们的产品之间也可以保证很好的同步性。

3.典型工业以太网

随着以太网技术的高速发展及它的80%的市场占有率和现场总线的明显缺陷，促使工控领域的各大厂商纷纷研发出适合自己工控产品且兼容性强的工业以太网。其中应用最为广泛的工业以太网之一是德国西门子公司研发的SIMATIC NET工业以太网。它提供了开放的，适用于工业环境下各种控制级别的不同的通信系统，这些通信系统均基于国家和国际标准，符合ISO/OSI网络参考模型。SIMATIC NET工业以太网主要体系结构是由网络硬件，网络部件，拓扑结构，通行处理器和SIMATIC NET软件等部分组成。

3.1根据响应时间的不同，PROFINET支持下列三种通讯方式：

1.TCP/IP标准通讯

PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP是IT领域关于通信协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在100ms的量级，不过，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。

2.实时(RT)通讯

对于传感器和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格，因此，PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层(Layer2)的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间，PROFINET实时通讯(RT)的典型响应时间是5-10ms。

网络节点也包含在网络的同步过程之中，即交换机。同步的的交换机在PROFINET概念中占有十分重要的位置，在传统的交换机中，要传递的信息必定在交换机中延迟一段时间，直到交换机翻译出信息的目的地址并转发该信息为止。这种基于地址的信息转发机制会对数据的传送时间产生不利的影响。为了解决这个问题，PROFINET在实时通道中使用一种优化的机制来实现信息的转发。

3.等时同步实时(IRT)通讯

在现场级通讯中，对通讯实时性要求最高的是运动控制(MotionControl)，PROFINET的等时同步实时(IsochronousReal-Time,IRT)技术可以满足运动控制的高速通讯需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1μs，以此来保证及时的、确定的响应。

注：目前西门子工业以太网交换机都为实时(RT)通讯交换机，其中的200系列里面有一部分是等时同步(IRT)通讯交换机。

3.2 PROFINET的等时同步实时(IsochronousReal-Time,IRT)技术。

对于PROFINET网络，为了保证高质量的等时通讯，所有的网络节点必须很好的实现同步。这样才能保证数据在精确相等的时间间隔内被传输，网络上的所有站点必须通过精确的时钟同步以实现同步实时以太网。例如：通过规律的同步数据实现通讯循环的同步，其精度可以达到微秒级。这个同步过程可以精确的记录其所控制的系统的所有时间参数，因此能够在每个循环的开始实现非常精确的时间同步。这么高的同步水平单纯靠软件是无法实现的，想要获得这么高精度的同步实时，必须依靠网络第二层中硬件的支持，即西门子IRT等时实时ASIC芯片。

每个通讯周期被分成两个不同的部分，一个是循环的、确定的部分，称之为实时通道;另外一个是标准通道，标准的TCP/IP数据通过这个通道传输。

在实时通道中，为实时数据预留了固定循环间隔的时间窗，而实时数据总是按固定的次序插入，因此，实时数据就在固定的间隔被传送，循环周期中剩余的时间用来传递标准的TCP/IP数据。两种不同类型的数据就可以同时在PROFINET上传递，而且不会互相干扰，实现了PROFINET技术对以太网技术的兼容。基于普通以太网技术的各种网络服务功能，如SNMP、HTML等，也同样可以在PROFINET上运行。用户在获得高性能的实时网络的同时，还可以享受以太网技