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，與原來的 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，報文傳輸速度要快很多，因此占用電纜的時間極短。 針對快速以太網(wǎng) (Fast Ethernet)，提供了一個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，電纜占用時間僅為其十分之一。 針對千兆以太網(wǎng)，提供了一個 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：
在兩個交換機之間可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 因此，全雙工連接的數(shù)據(jù)吞吐量對于快速以太網(wǎng)為 200 Mbps，對于千兆以太網(wǎng)為 2Gbps。 采用全雙工傳輸時，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現(xiàn) 200 km 的遠(yuǎn)距離。
常見幀重復(fù)問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：
交換機動態(tài)地“連接”當(dāng)前正在通信的那些站。 因此，在整個網(wǎng)絡(luò)中，幾條報文可同時傳送， 大大提高了網(wǎng)絡(luò)的功能。性能上的提升源于這樣一個事實，即，多個消息幀可以同時流經(jīng)交換機（它們之間如同并行地傳輸）。
使用自動交叉功能，支持發(fā)送線和接收線在雙絞線接口自動交叉。
自動檢測描述的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（數(shù)據(jù)終端和網(wǎng)絡(luò)部件）的特性，即自動檢測信號的傳輸速率（10 Mbps、100 Mbps或 1 Gbps），并支持自動協(xié)商功能。
自動協(xié)商是快速以太網(wǎng)的配置協(xié)議。 在啟動實際數(shù)據(jù)傳輸前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動協(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，交換機用來臨時或動態(tài)地將幾個子網(wǎng)或站彼此連接。
根據(jù)終端的以太網(wǎng)（MAC）地址，過濾數(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)的錯誤傳輸。
交換技術(shù)具有以下優(yōu)點：
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。
簡單的網(wǎng)絡(luò)配規(guī)則。
通過連接各個沖突域/子網(wǎng)絡(luò)，可不受限制地擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)范圍。
實現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的簡單、無障礙的擴(kuò)展。
全雙工
全雙工（FDX）是一種網(wǎng)絡(luò)運行方式，與半雙工相比，在全雙工時，終端可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 采用 FDX時，終端內(nèi)的沖突檢測功能是自動關(guān)閉的。
FDX的一個先決條件是使用有獨立發(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連接中不會出現(xiàn)沖突，因而支持 FDX 的部件能以正常的傳輸率同時發(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，對于常規(guī)以太網(wǎng)為 20 Mbps，對于快速以太網(wǎng)為 200 Mbps。千兆以太網(wǎng)可達(dá)到 2000 Mbps。
FDX 的其它優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模提高。
通過關(guān)閉激活沖突機制，F(xiàn)DX 能使二個部件間的距離增大到超過一個沖突域的范圍。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。 這對與光纖部件的連接尤為重要。在使用玻璃光纜時，兩個交換機之間可達(dá)到長 200 km 的距離。
通過交換式全雙工增加性能
自動檢測/自動協(xié)商
自動檢測描述的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（數(shù)據(jù)終端和網(wǎng)絡(luò)部件）的特性，即自動檢測信號的傳輸速率（10 Mbps、100 Mbps或 1000 Mbps），并支持自動協(xié)商功能。
自動協(xié)商是雙絞線的配置協(xié)議。 它使節(jié)點在發(fā)送個數(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
為了保證一個特定的傳輸速率，也可以關(guān)閉自動協(xié)商。
自動檢測的優(yōu)點是，所有以太網(wǎng)部件實現(xiàn)互操作性。
不支持自動檢測的常規(guī)以太網(wǎng)組件可與支持自動檢測的快速以太網(wǎng)組件和新的千兆以太網(wǎng)組件組合使用。
自動交叉
自動交叉功能可在雙絞線接口上自動交叉發(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，連接的終端會關(guān)閉邏輯通訊鏈路。 導(dǎo)致控制過程停止或系統(tǒng)的緊急停機。
為了取得極快速的響應(yīng)時間，使用了各種標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。 用這種過程，可在幾分之一秒時間內(nèi)重構(gòu)一個可用網(wǎng)絡(luò)。
由 50 個交換機組成的光纖環(huán)中，網(wǎng)絡(luò)故障后（如斷線或交換機故障）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，可通過兩個交換機來耦合任何拓?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)可用性的選項功能是 PROFINET MRP。 一方面，可通過交換機來實現(xiàn)介質(zhì)冗余；另一方面，可通過SIMATIC 控制器上的 PROFINET 接口和分布式 I/O 來實現(xiàn)介質(zhì)冗余。 由于采用 MRP 協(xié)議 (IEC 61158Type 10)，可實現(xiàn)小于 200 ms 的重構(gòu)時間，具體取決于站數(shù)。
如果環(huán)網(wǎng)在某個點處中斷，則可立即進(jìn)行重構(gòu)，所有通信節(jié)點仍可訪問。
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
無縫冗余
對于在重組態(tài)時間方面要求*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)時間（無縫冗余）。
為此，PROFINET 提出了 MRPD（計劃重復(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)運行不因故障（例如， 線斷）而被中斷。其實現(xiàn)方法是，在發(fā)送方重復(fù)數(shù)據(jù)包，并通過不同通路將它們發(fā)送給接收方。
支持 PRP 冗余過程、無碰撞的平行網(wǎng)絡(luò)
支持 HSR 冗余過程的無碰撞環(huán)網(wǎng)
生成樹算法的冗余
生成樹算法在 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)橋和交換機組成的交錯以太網(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)獲得開放式的樹形結(jié)構(gòu)。
為此，交換機彼此之間采用生成樹協(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。
用生成樹協(xié)議組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)約需 30～60 秒時間。 在這段時間內(nèi)，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不可能有用于可靠可視化或過程控制的有效通訊。
在符合標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.1 的時間優(yōu)化型“快速重構(gòu)生成樹”中，可串聯(lián)多達(dá) 10 個交換機，時間將縮短為 1 至 3秒。
這種協(xié)議，由于重配置時間相對較長，因此，主要用在辦公網(wǎng)絡(luò)中。 在連接到辦公網(wǎng)絡(luò)時，有些 SIMATIC NET交換機也支持快速生成樹協(xié)議。
交換網(wǎng)絡(luò)
可通過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 交換機以及集成在終端設(shè)備中的交換機（例如，集成在通信處理器中的交換機）構(gòu)建的。
電纜（如雙絞線電纜）或光纜用作交換機間的傳輸介質(zhì)，并用于連接至終端設(shè)備電纜（例如，雙絞線電纜）。
交換機網(wǎng)絡(luò)的大小是任意的. 對于更大型的網(wǎng)絡(luò)，還要考慮信號延遲（取決于應(yīng)用）。
可以使用 POF/PCF 或玻璃光線光纜進(jìn)行布線
在易受強電磁場干擾 (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距離數(shù)據(jù)傳輸，而對于短距離傳輸，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)，可實現(xiàn)簡單的設(shè)備級光纖布線。 在現(xiàn)場可以快速、方便地組裝 SC RJ連接器。 為此設(shè)計的塑料光纖電纜可以通用或于吊纜系統(tǒng)。
對于光纖布線（例如，對于 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)交換機或 ET 200S 分布式 I/O 設(shè)備。