PROFINET IO实时类别详解

PROFINET IO是一个基于以太网技术的灵活实时通信系统。它的灵活性主要表现在三种实时类别上。

1.RT

RT通信基于标准以太网，数据由分等级的以太网报文传送。标准以太网不支持同步机制，因此PROFINET IO RT无法实现等时同步运行。

循环数据交换的实际刷新时间取决于总线负载率、使用的设备和I/O数据的组态范围。该时间是整数倍的发送周期。

2.IRT

这种实时类别分为两种：

1）高灵活IRT。

2）高性能IRT。

设置IRT的软件条件：STEP 75.4 SP4（HW-Config）。

说明

配置I/O控制器和I/O设备上PROFINET接口的详细信息请参见文档：SIMOTION SCOUT通信系统手册。

3.高灵活IRT

报文在一个确定的周期（Isochrones Real Time：IRT等时同步实时）内循环地发送。报文在一个由硬件预留的带宽内交换。每个周期会产生一个IRT时间间隔和标准以太网时间间隔。

说明

高灵活IRT不适合用于等时同步通信。

4.高性能IRT

除了预留带宽外，还可以通过设计时确定的报文通信拓扑结构继续优化。这样就可以提高数据交换和确定机制的性能。IRT时间间隔因而会比高灵活IRT中的间隔更短。IRT中除了数据传输等时同步外，设备中的应用周期，如位置控制周期和IPO周期等，也可以等时同步。这些都是轴控制、与总线实现同步的必要前提条件。在等时同步数据传输中，周期时间远小于1ms和周期开始的偏差（抖动）小于1μs时，能够为要求苛刻的运动控制应用提供充足的效率余量。高灵活IRT和高性能IRT是“HW-Config”中同步设置的选项。在下面的说明中，这两种方式统称为“IRT”。和标准以太网和PROFINET IO RT相比，PROFINET IO IRT能够按照时间计划传送报文。

5.模块

以下S110/S120模块支持“高性能”IRT：

1）S120 CU320与CBE20连接。

2）S120 CU320-2 DP与CBE20连接。

3）S120 CU320-2 PN。

4）S120 CU310 PN。

5）S120 CU310-2 PN。

6）S110 CU305 PN。

6.RT和IRT的比较

RT和IRT的比较见表9-20。

表9-20 RT和IRT的比较

注：允许的发送周期参见“可以设置的发送周期和刷新时间”表格中的“不同实时类别的发送周期和刷新时间”。

7.设置实时类别

进入IO控制器接口的属性画面，设置实时类别。如果其中已经设置了高性能IRT，则不能在IO控制器上运行或切换到高灵活IRT。而不管设置了哪种IRT，IO设备始终可以以实时方式运行。

可以在“HW-Config”中设置单个PROFINET设备的实时类别。

1）在“HW-Config”中双击模块PROFINET接口的条目。调用“Properties”对话框。

2）在标签“Synchronization”的“RT class”下选择需要的类别。

3）选择“IRT”后，还可以选择“high flexibility”或“high performance”选项。(www.xing528.com)

4）按下“OK”按钮。

8.同步组

所有需要同步的设备构成了一个同步组。整个组必须设置相同的同步实时类别。两个不同同步组之间可以实时通信。在IRT中，所有设备包括IO设备、IO控制器等必须和一个共同的同步主站同步。IO控制器可以通过RT和同步组之外的驱动设备通信，或者穿过另一个同步组和驱动设备通信。STEP 7从5.4 SP1起，支持以太网子网上的多个同步组通信。

示例：

1）同步组IRT：包含SINAMICS的SIMOTION2。

2）在拓扑结构中，指定给SIMOTION1 IO系统的SINAMICS必须能够穿过IRT同步组实现实时通信。

超出同步组极限实现实时同步如图9-16所示。

图9-61 超出同步组极限实现实时同步

9.不同实时类别的刷新时间

刷新时间/发送周期的定义：观察PROFINET IO系统中的一个IO设备，会发现在刷新时间内该IO设备会从IO控制器接收到新数据（输出），并且向IO控制器发送新数据（输入）。发送周期是最短的刷新时间。在该发送周期内会传输所有循环数据。实际可以设置的发送周期受以下因素影响：

1）总线负载率。

2）使用设备的类型。

3）IO控制器中可以使用的计算性能。

4）一个同步组内PROFINET设备支持的发送周期。例如典型的发送周期是1ms。

下面显示了不同实时类别中（即高性能IRT、高灵活IRT和RT），刷新时间和发送周期之间可以设置的缩小倍数，见表9-21。

10.SINAMICS驱动设备上的发送周期

带PROFINET接口、支持IRT的SINAMICS驱动设备上，允许设置0.25～4.0ms、时帧为250μs的发送周期。

11.拓扑结构规则

RT的拓扑结构规则：

1）STEP 7 V5.4 SP4中不允许混合使用，即：一个同步组中不允许同时设置高性能IRT和高灵活IRT。

表9-21 可以设置的发送周期和刷新时间

说明

“偶数”和“奇数”范围的发送周期没有交集！

1）如果一个同步组中的IO设备设为“RT”实时类别，则只能设置“偶数”范围中的发送周期。同时，也只能设置“偶数”范围中的缩小倍数。

2）如果IO设备（ET200S IM151-3 PN HS，SINAMICS S）等时同步运行，通常只能设置1∶1的刷新时间和发送时间比例。此时，应始终将刷新时间的模式设为“fixed factor”，打开“I/O device properties”，点击标签“IO”，选择下拉菜单“Mode”。这样STEP 7便不会自动匹配刷新时间。刷新时间会始终等于发送周期。

3）如果一个同步组中没有IO设备设为“RT”实时类别，则只能设置“奇数”范围中的发送周期。同时，也只能设置“奇数”范围中的缩小倍数。

4）高灵活IRT不支持等时同步。

5）如果同步组的IO系统中没有设备设为“RT”或“高灵活IRT”实时类别，则只能使用奇数的发送周期。另外，实际可以设置的发送周期从同步组中所有设备支持的发送周期的交集中产生。进入IO设备PROFINET接口的“Properties”，便可以设置该设备刷新时间和发送周期之间的缩小倍数。

2）一个设置了高性能IRT的同步组最多只能包含一个高性能IRT环路。环路表示，这些设备必须按照定义的拓扑结构连接。同步主站必须位于对应的环路中。

3）高灵活IRT的拓扑结构规则和高性能IRT一样，不同的是，不强制要求定义一个拓扑结构。但是如果定义了拓扑结构，就必须按照拓扑结构来连接各个设备。

12.“HW-Config”中的设备选择

硬件目录：必须从硬件目录中各个设备系列选择驱动设备。从固件版本V2.5起都是支持IRT的设备。

GSD：所有包含IRT设备的GSD文件，固件版本为V2.5。