PG/PC 的通信概述
工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
組合使用時(shí)，與原來(lái)的 10 Mbpps 技術(shù)相比，當(dāng)前工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)可顯著提高網(wǎng)絡(luò)性能。 這些技術(shù)包括：
快速以太網(wǎng)，傳輸速率 100 Mbps：
與 10 Mbps 相比，報(bào)文傳輸速度要快很多，因此占用電纜的時(shí)間極短。 針對(duì)快速以太網(wǎng) (Fast Ethernet)，提供了一個(gè)4 線制 FastConnect 布線系統(tǒng) (Cat5e)，包括電纜、插頭和插座。
千兆以太網(wǎng)，傳輸速率 1 Gbps：
千兆以太網(wǎng)比快速以太網(wǎng)快 10 倍，電纜占用時(shí)間僅為其十分之一。 針對(duì)千兆以太網(wǎng)，提供了一個(gè) 8 線制 FastConnect布線系統(tǒng) (Cat6)，包括電纜、插頭和插座。
千兆以太網(wǎng)，傳輸速率 10 Gbps：
與 1 Gbps 以太網(wǎng)相比，10 Gbps 以太網(wǎng)的速度是其 10 倍。
全雙工可防止沖突：
在兩個(gè)交換機(jī)之間可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 因此，全雙工連接的數(shù)據(jù)吞吐量對(duì)于快速以太網(wǎng)為 200 Mbps，對(duì)于千兆以太網(wǎng)為 2Gbps。 采用全雙工傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可覆蓋更大距離。 這意味著，例如，采用玻璃光纖電纜可以實(shí)現(xiàn) 200 km 的遠(yuǎn)距離。
常見(jiàn)幀重復(fù)問(wèn)題的避免顯著地提高了數(shù)據(jù)吞吐量。
交換可降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量：
交換機(jī)動(dòng)態(tài)地“連接”當(dāng)前正在通信的那些站。 因此，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，幾條報(bào)文可同時(shí)傳送， 大大提高了網(wǎng)絡(luò)的功能。性能上的提升源于這樣一個(gè)事實(shí)，即，多個(gè)消息幀可以同時(shí)流經(jīng)交換機(jī)（它們之間如同并行地傳輸）。
使用自動(dòng)交叉功能，支持發(fā)送線和接收線在雙絞線接口自動(dòng)交叉。
自動(dòng)檢測(cè)描述的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（數(shù)據(jù)終端和網(wǎng)絡(luò)部件）的特性，即自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的傳輸速率（10 Mbps、100 Mbps或 1 Gbps），并支持自動(dòng)協(xié)商功能。
自動(dòng)協(xié)商是快速以太網(wǎng)的配置協(xié)議。 在啟動(dòng)實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動(dòng)協(xié)商設(shè)備支持的一種傳輸模式（1000 Mbps、100Mbps 或 10 Mbps，全雙工或半雙工）。
以太網(wǎng)交換技術(shù)
工業(yè)以太網(wǎng)具有以下功能：
根據(jù)可用接口數(shù)量，交換機(jī)用來(lái)臨時(shí)或動(dòng)態(tài)地將幾個(gè)子網(wǎng)或站彼此連接。
根據(jù)終端的以太網(wǎng)（MAC）地址，過(guò)濾數(shù)據(jù)傳輸，局部數(shù)據(jù)傳輸依舊保持局部，并且交換機(jī)只傳送到其它子網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)據(jù)。
與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相比擴(kuò)大了可連接的終端數(shù)。
限制受影響子網(wǎng)絡(luò)的錯(cuò)誤傳輸。
交換技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
提供了形成子網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)段的能力。
由于數(shù)據(jù)通信的結(jié)構(gòu)化，提高了數(shù)據(jù)吞吐量，從而提高了整體網(wǎng)絡(luò)性能。
簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)配規(guī)則。
通過(guò)連接各個(gè)沖突域/子網(wǎng)絡(luò)，可不受限制地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)范圍。
實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單、無(wú)障礙的擴(kuò)展。
全雙工
全雙工（FDX）是一種網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式，與半雙工相比，在全雙工時(shí)，終端可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 采用 FDX時(shí)，終端內(nèi)的沖突檢測(cè)功能是自動(dòng)關(guān)閉的。
FDX的一個(gè)先決條件是使用有獨(dú)立發(fā)送和接收通道的傳輸介質(zhì)（如 FO 和 ITP），并且所使用的部件有保存數(shù)據(jù)的能力。 FDX連接中不會(huì)出現(xiàn)沖突，因而支持 FDX 的部件能以正常的傳輸率同時(shí)發(fā)送和接收。因此，數(shù)據(jù)吞吐量是網(wǎng)絡(luò)額定傳輸速率的兩倍，也就是，對(duì)于常規(guī)以太網(wǎng)為 20 Mbps，對(duì)于快速以太網(wǎng)為 200 Mbps。千兆以太網(wǎng)可達(dá)到 2000 Mbps。
FDX 的其它優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模提高。
通過(guò)關(guān)閉激活沖突機(jī)制，F(xiàn)DX 能使二個(gè)部件間的距離增大到超過(guò)一個(gè)沖突域的范圍。使用全雙工功能，有可能使所用的發(fā)送和接收部件的傳送距離達(dá)到其性能極限。 這對(duì)與光纖部件的連接尤為重要。在使用玻璃光纜時(shí)，兩個(gè)交換機(jī)之間可達(dá)到長(zhǎng) 200 km 的距離。
通過(guò)交換式全雙工增加性能
自動(dòng)檢測(cè)/自動(dòng)協(xié)商
自動(dòng)檢測(cè)描述的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（數(shù)據(jù)終端和網(wǎng)絡(luò)部件）的特性，即自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的傳輸速率（10 Mbps、100 Mbps或 1000 Mbps），并支持自動(dòng)協(xié)商功能。
自動(dòng)協(xié)商是雙絞線的配置協(xié)議。 它使節(jié)點(diǎn)在發(fā)送個(gè)數(shù)據(jù)包之前為傳輸而協(xié)商傳輸率：
10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps 或 10 Gbps
全雙工或半雙工
為了保證一個(gè)特定的傳輸速率，也可以關(guān)閉自動(dòng)協(xié)商。
自動(dòng)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是，所有以太網(wǎng)部件實(shí)現(xiàn)互操作性。
不支持自動(dòng)檢測(cè)的常規(guī)以太網(wǎng)組件可與支持自動(dòng)檢測(cè)的快速以太網(wǎng)組件和新的千兆以太網(wǎng)組件組合使用。
自動(dòng)交叉
自動(dòng)交叉功能可在雙絞線接口上自動(dòng)交叉發(fā)送線和接收線。 這意味著不再需要交叉連接線（例如 TP XP 線）。
高速冗余協(xié)議 (HRP)
出錯(cuò)誤后的快速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是工業(yè)應(yīng)用*的特性。 否則，連接的終端會(huì)關(guān)閉邏輯通訊鏈路。 導(dǎo)致控制過(guò)程停止或系統(tǒng)的緊急停機(jī)。
為了取得極快速的響應(yīng)時(shí)間，使用了各種標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。 用這種過(guò)程，可在幾分之一秒時(shí)間內(nèi)重構(gòu)一個(gè)可用網(wǎng)絡(luò)。
由 50 個(gè)交換機(jī)組成的光纖環(huán)中，網(wǎng)絡(luò)故障后（如斷線或交換機(jī)故障）能夠在不到 300 ms 內(nèi)完成重構(gòu)。
除了在光纖環(huán)中實(shí)現(xiàn)高速介質(zhì)冗余外，工業(yè)以太網(wǎng)還提供有環(huán)網(wǎng)或網(wǎng)段的高速冗余耦合所需的功能。在每種情況下，可通過(guò)兩個(gè)交換機(jī)來(lái)耦合任何拓?fù)渲械沫h(huán)網(wǎng)或網(wǎng)段。
具有高速冗余性的光纖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
具有高速冗余性的電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
介質(zhì)冗余協(xié)議 (MRP)
另一種可以獲得更高系統(tǒng)可用性的選項(xiàng)功能是 PROFINET MRP。 一方面，可通過(guò)交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)冗余；另一方面，可通過(guò)SIMATIC 控制器上的 PROFINET 接口和分布式 I/O 來(lái)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)冗余。 由于采用 MRP 協(xié)議 (IEC 61158Type 10)，可實(shí)現(xiàn)小于 200 ms 的重構(gòu)時(shí)間，具體取決于站數(shù)。
如果環(huán)網(wǎng)在某個(gè)點(diǎn)處中斷，則可立即進(jìn)行重構(gòu)，所有通信節(jié)點(diǎn)仍可訪問(wèn)。
SCALANCE X101-1/X101-1LD 電氣/光學(xué)環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
光學(xué)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，帶SCALANCE X101-1/X101-1LD和遠(yuǎn)程SCALANCE W接入點(diǎn)
無(wú)縫冗余
對(duì)于在重組態(tài)時(shí)間方面要求*的某些應(yīng)用，冗余網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建可能不需要任何重組態(tài)時(shí)間（無(wú)縫冗余）。
為此，PROFINET 提出了 MRPD（計(jì)劃重復(fù)介質(zhì)冗余）標(biāo)準(zhǔn)。 該技術(shù)基于拓?fù)鋬?yōu)化的 IRT 通信。
IEC 62439-3 標(biāo)準(zhǔn)有兩種可以使用的其它解決方案，即高可用性無(wú)縫冗余（HSR）和并行冗余協(xié)議（PRP）。
全部這些方法有利于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不因故障（例如， 線斷）而被中斷。其實(shí)現(xiàn)方法是，在發(fā)送方重復(fù)數(shù)據(jù)包，并通過(guò)不同通路將它們發(fā)送給接收方。
支持 PRP 冗余過(guò)程、無(wú)碰撞的平行網(wǎng)絡(luò)
支持 HSR 冗余過(guò)程的無(wú)碰撞環(huán)網(wǎng)
生成樹(shù)算法的冗余
生成樹(shù)算法在 IEEE 802.1D 標(biāo)準(zhǔn)中描述；該算法的目的是組織任何數(shù)量的由網(wǎng)橋和交換機(jī)組成的交錯(cuò)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
為了防止數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)，可將封閉的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的各連接切換為備用，以便從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)獲得開(kāi)放式的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。
為此，交換機(jī)彼此之間采用生成樹(shù)協(xié)議進(jìn)行通信。 由于這種協(xié)議必須適應(yīng)任何網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此十分復(fù)雜。
用生成樹(shù)協(xié)議組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)約需 30～60 秒時(shí)間。 在這段時(shí)間內(nèi)，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不可能有用于可靠可視化或過(guò)程控制的有效通訊。
在符合標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.1 的時(shí)間優(yōu)化型“快速重構(gòu)生成樹(shù)”中，可串聯(lián)多達(dá) 10 個(gè)交換機(jī)，時(shí)間將縮短為 1 至 3秒。
這種協(xié)議，由于重配置時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此，主要用在辦公網(wǎng)絡(luò)中。 在連接到辦公網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有些 SIMATIC NET交換機(jī)也支持快速生成樹(shù)協(xié)議。
交換網(wǎng)絡(luò)
可通過(guò)電氣或光纖方式組態(tài)交換式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可為總線形、星形或環(huán)形結(jié)構(gòu)或它們的組合。
它們是使用 SCALANCE X 交換機(jī)以及集成在終端設(shè)備中的交換機(jī)（例如，集成在通信處理器中的交換機(jī)）構(gòu)建的。
電纜（如雙絞線電纜）或光纜用作交換機(jī)間的傳輸介質(zhì)，并用于連接至終端設(shè)備電纜（例如，雙絞線電纜）。
交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的大小是任意的. 對(duì)于更大型的網(wǎng)絡(luò)，還要考慮信號(hào)延遲（取決于應(yīng)用）。
可以使用 POF/PCF 或玻璃光線光纜進(jìn)行布線
在易受強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾 (EMI)的環(huán)境下，如果不能保證可靠的等電位搭接或系統(tǒng)暴露在空氣中，建議使用光纖電纜。
玻璃光纖光纜用于長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸，而對(duì)于短距離傳輸，則使用由導(dǎo)光塑料制成的塑料光纖電纜（如聚合物光纖(POF)）或使用塑料包覆光纖（如聚合物包層光纖 (PCF)）。
使用用于聚酯光纖和 PCF 的 SC RJ 連接系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的設(shè)備級(jí)光纖布線。 在現(xiàn)場(chǎng)可以快速、方便地組裝 SC RJ連接器。 為此設(shè)計(jì)的塑料光纖電纜可以通用或于吊纜系統(tǒng)。
對(duì)于光纖布線（例如，對(duì)于 PROFINET 系統(tǒng)），可使用帶 POF 或 PCF 接頭的產(chǎn)品，如 SCALANCEX200-4P IRT 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)或 ET 200S 分布式 I/O 設(shè)備。