構(gòu)建PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)，需要深入了解PROFINET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用。PLC在本文分享如何使用交換機(jī)構(gòu)建不同的PROFINET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)源自拓?fù)鋵W(xué)，它是研究不同的點(diǎn)-線(xiàn)構(gòu)成的圖形的特點(diǎn)的一門(mén)科學(xué)。在PROFINET網(wǎng)絡(luò)中，"點(diǎn)"可以是CPU主機(jī)架，也可以是分布式IO站點(diǎn)；"線(xiàn)"就是用于連接CPU和各IO站點(diǎn)的通信線(xiàn)路，比如網(wǎng)線(xiàn)或者光纖；這些點(diǎn)和線(xiàn)是依靠交換機(jī)連接起來(lái)的。

根據(jù)連接方式的不同，PROFINET網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。


1、PROFINET構(gòu)成線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是使用一條傳輸線(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)先后連接所組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。很多現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，比如PROFIBUS/DeviceNet等都是線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PROFINET也可以依靠交換機(jī)構(gòu)成線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。交換機(jī)可以是單獨(dú)的外圍設(shè)備，也可以是節(jié)點(diǎn)內(nèi)部集成的交換機(jī)。下面這張圖是依靠節(jié)點(diǎn)內(nèi)部交換機(jī)構(gòu)成的PROFINET線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝容易、傳輸線(xiàn)路最短、節(jié)省成本；線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：除了兩端，其余節(jié)點(diǎn)增加或刪除困難；單個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障能影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且故障定位比較困難，一般不用來(lái)構(gòu)成大型網(wǎng)絡(luò)；

2、PROFINET構(gòu)成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是以交換機(jī)為中心，將各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都連接到交換機(jī)上所組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型拓?fù)涫荘ROFINET網(wǎng)絡(luò)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；在星型網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)是最核心的設(shè)備，下面這張圖是PROFINET網(wǎng)絡(luò)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖：

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)點(diǎn)增加和刪除靈活；單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行；容易管理、診斷及監(jiān)控；星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：布線(xiàn)復(fù)雜，成本高，交換機(jī)故障會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

3、PROFINET構(gòu)成樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
將幾個(gè)星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)用交換機(jī)連接起來(lái)就構(gòu)成樹(shù)型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。比如下面這張圖：

許多企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工廠(chǎng)的車(chē)間網(wǎng)絡(luò)等都采用樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它除了具有星型網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有網(wǎng)絡(luò)層次清晰，整體可靠性和安全性都很高的特點(diǎn)；當(dāng)然，它也具有星型網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，比如交換機(jī)故障會(huì)導(dǎo)致某個(gè)分支癱瘓，布線(xiàn)成本高等。

4、PROFINET構(gòu)成環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
將線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)首尾相連，組成一個(gè)封閉的環(huán)就構(gòu)成了環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中信息只能沿一個(gè)方向流動(dòng)，所有的節(jié)點(diǎn)都可以申請(qǐng)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此需要一種“仲裁”機(jī)制，保證同一時(shí)間只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，通常是使用令牌。

環(huán)型網(wǎng)絡(luò)其實(shí)是線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的改版，因此它也具有線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)在于布線(xiàn)簡(jiǎn)單、線(xiàn)路短；缺點(diǎn)也很明顯，比如一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)增加刪除困難。

環(huán)型網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際工程中使用的不多，比較典型的應(yīng)用是構(gòu)成冗余環(huán)網(wǎng)。比如，下面這張圖是兩個(gè)S7-1500 CPU構(gòu)成的PROFINET環(huán)型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)：

其中一個(gè)CPU是主用，另一個(gè)是備用；正常情況下，主用CPU執(zhí)行程序，并與備用CPU進(jìn)行同步；如果主用CPU發(fā)生故障，則備用CPU會(huì)接管系統(tǒng)的控制權(quán)。

好了，關(guān)于PROFINET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就先介紹到這里，后續(xù)文章會(huì)繼續(xù)介紹相關(guān)內(nèi)容。構(gòu)建PROFINET以太網(wǎng)還應(yīng)該了解西門(mén)子產(chǎn)品(http://m.prosperiteweb.com/product/list_92.html)的特點(diǎn)，熟練選用西門(mén)子產(chǎn)品，也是工控技術(shù)人員必需的技能。

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