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我们的大学时光就是联网游戏的时光，上学那会儿打着学习的幌子要配电脑，有了电脑甭管什么学习了，先装游戏。单机游戏？那是小儿科，得要考虑联网对战，在宿舍局域网内玩腻了就要考虑上外网（浩方对战平台）去切磋技艺，于是宿舍里充满了鬼哭狼嚎、大呼小叫，好不快活，这样的日子同学们有没有？
改换几个术语，提升一下格调，现在把联机游戏这码事儿上升点高度仔细回味一下，这个过程和使用PROFINET技术搭建一个控制系统通信网络是差不多的，从选电脑配件、攒机、装系统、配软件、弄交换机、买网线、接水晶头、联网线、配置网络、联机调试到弄个“猫”上外网，配个路由器大家一起上网，最后升级到无线路由实现无线覆盖，可以说组网游戏的整个过程和搭建控制系统通信网络多少是有相通的地方。怎么，这个思维有点“穿越”了，没听明白？没关系，现在听我“韶韶”（南京话：讲讲）。
工业4.0要求信息必须经过标准化的界面在安全的通信环境中，以水平和垂直的方式进行交流。计算机以工业化的形式用于完成生产控制，同时，生产控制系统的通信是一种垂直通信，因为它是一个层级组织的生产金字塔结构。设备之间的水平通信通常是由控制系统内部组成之间的通信。
PROFINET IO是一种采用新的拓扑结构和具有实时性传输协议的工业以太网（见图3-1），它已能满足80%～90%工业自动化控制领域对于时间的要求。同时在可靠性、诊断功能、组态功能、实用性、方便性以及与现场总线无缝连接的和谐性已成PROFINET发展的主流。
图3-1 PROFINET IO系统
再看看上一章所描述的工厂自动化控制通信网络（见图2-7），网络包含控制层和现场层，以及连接到管理层的各种组件，几乎涵盖了工业3.0特点的工厂自动化系统的所有元素，控制层和现场层的网络系统通常是由分布式设备组成，属于上面提到PROFINET IO（分布式外设）。看看这个模拟的“一网到底”的工业通信网络，控制层与现场层的控制网络由设备和网线连接组成，并通过网络连接到管理层。
怎么样，当一条“色香味俱全”的生产线控制网络呈现在眼前，就像看到了别的宿舍的同学正在忘我地玩Dota联机游戏，你们宿舍的还在挑灯打牌一样，有木有一种冲动，很想知道这个网络是怎么搭建起来的？别急，万丈高楼平地起，就像联机游戏前你得先配电脑，学习C语言要先认识变量类型一样，搭建网络也得先认识有哪些PROFINET设备，然后就要选择需要的PROFINET设备，选择设备通常需要从以下条件考虑：
① 设备类型；
② 一致性类别；
③ 实时要求；
④ 设备防护等级。
有网络称为PROFINET网络，那是因为网络中的设备应用PROFINET协议来传输数据。有方案号称是PROFINET技术，那是因为方案中用到了带PROFINET功能的设备。还有的说自己PROFINET系统，那是因为使用带有PROFINET功能设备通过网络连接构成了现场总线系统。但不管是什么样的PROFINET，带有PROFINET功能的设备就可以分为IO控制器、IO设备和IO监视器三种设备类型（见图3-2）。
图3-2 PROFINET设备类型
PROFINET IO控制器通常是负责控制IO系统的PLC，IO设备通常是传感器或执行器之类的现场设备，IO监视器是运行组态编程工具的平台（PC），也可以是进行网络诊断的工程工具平台。这里你还有疑问：“图中不止这三样设备呀？”是的，这三样是分布式外设所包含的设备类型，其他图标要么属于网络连接设备，要么属于普通IT设备，要么从某些功能角度上讲也属于上述三种类型。熟悉现场总线的诸位工程师可以类比一下PROFIBUS DP帮助理解，有的国外文档也会将设备类型说成是角色（role）。
即使不熟悉现场总线的哥们儿也没有关系，我们可以通过另外的方法帮助理解：一个PROFINET IO系统好比是一个项目，项目中有诸多角色，但大致上有以下三个角色会经常“出镜”，这就是项目经理、员工和客户，他们之间也会产生诸多的联系（见图3-3）。
图3-3 设备类型与项目角色的对比
① 客户会提出项目要求（Parameters），不定期地询问进度情况（status），随时提出一些意见（system diagnosis）；
② 项目经理将任务分配给不同的员工（Configuration），定期获得员工反馈，修正原来不太合适的计划（Process data），并且交给员工执行，处理一些棘手的问题，通过这些方法保证项目进度；
③ 员工就像是项目的传感器与执行器，将项目情况定时汇报给项目经理（Input），并执行项目经理的各种指示（Output），遇到自己处理不了的麻烦事情要即使上报（Alarm）给项目经理。
IO控制器（见图3-4）相当于电脑硬件中的中央处理器，其通用模型包含一个PLC程序、所有输入和输出数据。PROFINET IO控制器的主要任务是从获取现场设备的输入，经过控制器程序处理后，再输出所有数据。IO控制器（PLC）的运行特点就是：以更新时间为间隔，周期性地获取输入数据，再以一定时间间隔运行自身的PLC程序，然后以更新时间为间隔，周期性地发送输出数据。更新时间决定了PROFINET IO系统的响应时间。
图3-4 IO控制器
IO设备（见图3-5）相当于电脑硬件中的鼠标、键盘、光驱等输入输出设备。而随着自动化系统的控制方式的变化，IO设备变得越来越智能化。
图3-5 IO设备
如果按照字面意思去理解，想当然地以为IO监视器应该就相当于显示器，那就不对了。其实显示器属于输出设备，而IO监视器是运行组态和诊断功能的编程设备或PC，正如前面所说像客户，貌似地位特殊啊。
星际争霸网络对战往往需要一个电脑创建游戏，其他玩家加入这个游戏，另外如果是专业游戏比赛的话还会有一台计算机作为旁观者，能够看到所有玩家的游戏状态，但是不能参与者操作游戏角色。如果将PROFINET IO系统看成这个局域网游戏，那么创建游戏的电脑就作为IO控制器，其他加入游戏的玩家就作为IO设备，而旁观者就是IO监视器。图3-6罗列出了所有带PROFINET功能的组件。
如果只有图3-6罗列的各种PROFINE组件“角色”，仍是不能构成PROFINET系统的，还必须有PROFINET通信服务（见图3-7），再通过网络连接才算构成一个现场总线系统。就像拍电影光有角色，哪怕角色全都是大牌明星是不行的，还得需要剧本。PROFINET通信服务包括三个不同的关系。
图3-6 所有带PROFINET功能的组件
图3-7 通信服务
我们还是将一个PROFINET IO系统当作一个项目，由于一个项目中有客户、项目经理和员工，这些角色之间自然就产生了方方面面的关系（AR），每种关系需要通过某些行动（CR）来维系，比如说客户和项目经理（员工）是甲方乙方的关系，项目经理和员工可以是上下级关系、合作关系或者还有其他关系，但最基本的还是甲方乙方和合作关系。对于甲方乙方关系，客户会给出项目的要求和条件（参数化），提出更改意见，乙方会响应甲方的需求等（非周期数据交互）；对于合作关系，员工该汇报时按时汇报，该执行时严格执行（IO数据），遇到克服不了的困难及时报告（报警），经理严密控制项目质量和进度，对于困难想办法去解决或者沟通。
PROFINET IO系统会为不同类型的设备定义不同的应用关系（AR），用于实现不同的功能，完成相应的操作。每个应用关系（AR）可能包含以下的通信关系（CR），见图3-8：
① 用于周期型通信的CR；
② 用于非循环记录数据CR；
③ 报警事件CR。
图3-8 通信关系
如果说一个项目是由角色组成，靠角色之间的关系来推进，那么一个PROFINET IO系统就是由不同类型的设备组成，以及靠相互关系来运行的。
PROFINET IO系统中至少需要一个控制器和一个设备，也可以是一个控制器多个设备，多个控制器和一个设备，多控制器多个设备。这四种角色组合用现实工作来解释其实很好理解：小项目就需要一个经理一个员工；普通项目就一个经理领导多个员工；有时候一个员工也会面临多头领导的困惑；有的项目为了保证不会因为缺少某人而出问题，就需要安排多个人手和至少两个领导，这样可以做到以防万一。
IO控制器和IO监视器可以在IO设备之间建立一个或多个AR。一个IO设备可以与多个IO控制器交换数据。为了实现系统冗余，可以一个IO系统定义多个IO控制器，一个是“主控制器”，另一个是“备用控制器”，而且还可以定义，如表3-1所示。
表3-1 PROFINET IO系统组成
在我上大学的时候，攒机是一件十分讲究的事情，一些熟悉攒机的同学都成为众人心目中的电脑专家。我记得本科时班上就有一个同学，他能根据你对电脑的需求将各种配置组合讲得头头是道，大家要买电脑都找他拿主意，所以他认识很多女生，这让咱们一群笨嘴笨舌的理工科男生羡慕不已。
电脑城的导购也是干这个的，我每次经过珠江路（南京市里著名的电脑一条街），就会被导购的热情所感染，就会停下来听上两句。一般攒机的过程是这样的：导购会拿出一张表格，上表罗列了CPU、主板、内存、显示器、硬盘、网卡等基本项目，然后问你对电脑的功能定位以及心理价位，再根据你的想法推荐相关的CPU、匹配的主板与内存，如果你需要玩3D游戏，那么导购会再推荐显卡，以及高档次的音响设备，当然还会带上价格不菲的键盘与鼠标，配件型号确定后会记录到表格中，然后计算总价，如果你觉得价钱合适就付钱等着拿电脑了（见表3-2）。
表3-2 电脑配置
闲扯了这么多，大家一定在嘀咕：一致性类别是什么？和配电脑有什么关系呢？
一致性类别（应用类别）就是根据功能范围的不同将PROFINET IO组件（包括控制器和设备）分为不同类别，这样工程师可根据功能需求或使用场合来选用不同生产商出品的PROFINET IO组件，而且可以保证选择的设备具有互操作性和开放性。就像攒机时你不会只拿一家配件供应商的产品，而是根据你对于电脑的用途和喜好，挑选不同配件生产商的产品来组合成性价比高的电脑。
根据一致性类别选择PROFINET设备就相当于根据性能选择电脑的配件，首先需要知道一个PROFINET IO系统大致需要哪些设备组成，然后根据实际需要选择性能合适的设备，甚至对性能要求苛刻的还需要最高等级的类别，符合相同一致性类别的控制器、设备或者监视器可以构成一个PROFINET IO系统，也就是一致性范围（domain），最后也许需要将若干这样的PROFINET IO系统组成生产线控制系统。就像你可以选择高档一点的CPU、内存和主板，而显示器选小一点的，键盘、鼠标什么的挑便宜一些的，这样配出来的电脑系统也能运行得不错。
如图3-9所示，不同一致性类别的IO系统组成了一个大的生产线系统，其中1号框内的系统要用于运动控制，需要最高等级；2号框内的系统一致性类别满足过程控制的要求；3号框内的系统满足较低的一致性类别。简而言之，一致性类别是按照功能大小和实现要求的不同给PROFINET设备进行分类。
图3-9 一致性类别区域
图3-9可以看到三种一致性类别（CC）选项，也是IEC61784-2标准定义的PROFINET三种一致性类别。用户可以根据自身的需要选择PROFINET一致性类别所包含的最基本的功能。同时，这些最基本的功能也是PROFIBUS国际组织（PI）认证的最基本项目。
了解PROFIBUS总线的朋友，可以将一致性类别的三种类别与PROFIBUS DP的三个版本联系起来，DP版本分为DP-V0/V1/V2，V0是基本功能而V2功能最强。不了解总线的也没有关系，可以将一致性类别看做驾驶证的A、B、C，只是驾驶证是A照最牛而一致性类别是C级最牛。
一致性类别（CC-A、CC-B、CC-C）就是在通信类型（TCP/IP和实时通信）、所用的传输介质、冗余性能这些基本功能上进行扩展，就像驾照A/B/C基本功能就是开小汽车，而在准驾车型大小上进行扩展。
① CC-A：涵盖了工厂自动化的基本要求，既可以使用以太网布线，也可以使用无线网络，可以集成现有的现场总线（PROFIBUS、INTERBUS、DeviceNet等）。
② CC-B：过程控制，交换机和电缆必须满足PROFINET的最低要求，例如需要有带屏蔽的电缆，确保满足电磁兼容性（EMC）。
③ CC-C：运动控制，并且需要时间同步，所有设备都要以相同的时间运行。
如果你的领导是个老外，教你点和他沟通的技巧：在给领导汇报工作时，尽量用表格来列举事项，你的领导一般都会喜欢这种方式，也会对你的工作表示认同，即使你的工作并没有太多的进展。现在笔者将一致性类别选项以表格的方式呈现（见表3-3），希望大家也会喜欢。
表3-3 一致性类别
自动化工程师在构建工厂生产线时，对一个PROFINET IO系统只需要选择同样一致性类别的设备，PROFINET协议文本中有选择流程与步骤，如图3-10所示。其中每个菱形内都是选项= =选择的依据条件，如果满足就是y，否则就是n，当流程进行到一个圆圈所示的CCA、CCB和CCC时，说明选择结束，可以确定设备所属的一致性类别。
图3-10 根据一致性类别选择设备的流程
其实每次看到这幅图，就会越觉得根据一致性类别选择设备的步骤，就像小时候玩“跳房子”游戏的过程，先画一个由各种形状（如方形、圆形、三角形等）组成的“房子”图形，也是按照数字顺序跳，当跳跃落地时踩到房子的方格线，这次游戏就结束了。
因为准确的流程图是英文版，初看这个流程图会感觉有点抽象，其实将一致性类别的各种功能、要求、依据、条件稍加整理后，如表3-4所示，可以使选择一致性类别的依据看起来像依据配置选择车型。比方说你想选奥迪A1车型，然后根据配置可以很容易看出“进取型”、“舒适型”、“豪华型”或者“旗舰型”等车型之间的差别，其中“●○—”分别表示标配、选配和无，这样你就能按照你的喜好选车了。
表3-4 车型选择
如表3-5所示，从左到右是一致性类别，从上到下是一些功能、要求、标准和条件等信息，这里罗列了四种一致性类别，将一致性类别A根据物理传输介质进行区别，目的是简化列表，使之更像通常我们所见到的车型配置表。还有就是图中出现的RT_CLASS_X是指实时等级，这个概念会在下一节中详细讲述。
表3-5 一致性类别选项
记得最初接触PROFINET技术，无论是网络上的基本介绍，还是相关的论文，与客户讨论工业以太网技术，实时性都是大家关注的重点内容，每次讨论必提及“实时性”的概念和参数等。所以讲清楚实时性是一件很应景的事情，必须要做！
所谓“实时”，就是表示“及时”。实时是平时听新闻经常听到的一个词儿，实时资讯、现场实时报道、实时画面，大家要听资讯就要听新鲜的，过时的消息如同旧报纸，可以去卖破烂了。简单地讲，实时就是指从事件的发生、传播，再到获知，这个过程所经历的时间很短。资讯是否实时包含三个标准：
① 第一是信息是否都到达目标，会不会在传播的过程中出现意外丢失了；
② 第二是信息传播速度快不快，是写信传递信息还是通过无线电通话；
③ 第三是信息好不好理解，比如资讯采用现场直播、图文解说，还是滚动字幕的形式呈现给人感觉是不一样的。
实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。
PROFINET IO系统的实时性就是指当有一个外部事件发生时，从输入信号到传输、到控制器处理、再到输出信号给外设，这个过程需要的时间必须在工厂自动化的要求范围内。而这个过程需要的时间称为响应时间，包括传输过程需要的时间和处理过程需要的时间，分别为总线刷新时间和PLC程序循环扫描时间。所以从通信角度讲，只有总线刷新时间是通信所决定的，也就是说在同样的PLC处理速度下，如果能减少总线刷新时间，就能减少系统响应时间，从而提高系统实时性。
PROFINET为了满足不同场合对系统实时性的要求，从响应时间的角度定性地区分出三种类型的通信——非实时、实时、等时实时，图3-11是三种自动化控制场合对系统响应时间的要求。表3-6为三种通信方式的说明。
图3-11 PROFINET支持的三种通信方式
表3-6 三种通信方式说明
以太网具有世界统一的通信标准，几乎用到了办公通信中各个地方，工业领域的工程师们早就想将以太网经用于现场设备的总线连接，以及与上一级系统的连接。但是普通以太网自身具有一些固有的缺陷限制了其在工业领域的应用范围，一个突出的原因就是普通以太网不具备实时性。为什么说普通以太网不具备实时性呢？
其实我们根据资讯是否实时的标准推断，网络系统要满足实时性的要求，也可以从这三个标准进行分析——确定性、快速和通信协议。
（1）确定性
普通以太网的介质访问方式是CSMA/CD，即带冲突检测的载波监听多路访问技术，这是什么意思呢？
就是指每个连接在网络中的设备都在不断地侦听传输介质上的信号，当听到介质空闲时，开始发送数据。每个设备都有一个唯一的硬件地址，如果报文中的目的地址与自己的硬件地址一致，则报文被对应设备接收下来。如图3-12所示，为了避免碰撞，节点发送数据也要做到像行人通过斑马线一样的准则，分为一看（检查介质是否可用）、二望（发送的同时也在监听）、三通过（接收机侦听）三步。
图3-12 CSMA/CD
随着城市人口不断膨胀，汽车也越来越多，人和车对于道路的争用问题也变得越来越多，于是英国人在街道上设计出了一种斑马线，规定行人横过街道时，只能斑马线。司机驾驶汽车看到这条白线时，会自动减速缓行或停下，让行人安全通过，从而避免交通事故的频频发生。
同样在多个设备要发送数据时，就会出现介质访问冲突的问题，就是说如果几个设备同时开始传输数据，那么就会产生数据冲突。这种现象直观的理解就是——当你打电话给一个正在通话的号码，会得到“用户正忙，稍后再拨”的提示。
如果检测到冲突，发送取消数据的传输。此后，所有设备等待一段随机时间，然后进行尝试第二次发送，这就是所谓的退避策略。
通俗一点讲，CSMA/CD可以概括成：先听后发、边说边听、若有碰撞就不发、退避重发、碰撞16次后不发。介质访问冲突的节点范围称为冲突域。这种介质访问冲突与争用会导致设备发送的数据有可能在发送的过程中丢失，做不到DHL承诺的一样“使命必达”，也就说普通以太网不满足“确定性”的标准。
（2）传输速率
IEEE802.3定义了以太网技术所有的特征，以太网如今已经发展到10Gb/s。自动化通信系统普遍使用100Mb/s以太网技术。
（3）通信协议
以太网的构成包括设备和协议。协议可以理解成机器之间交谈（通信）的规则。普通以太网使用TCP/IP协议，增加了通信的层次，比如说大家看到的是以滚动字幕形式呈现的资讯，然后理解这些文字，再得到其中有价值的信息，这样的话需要花费在理解协议的时间就相应的多了。
综上所述，虽然说普通以太网也会使用100M的传输速率，但这只能说明其满足快速的标准，不能同时满足其他两个标准，所以说普通以太网不具备实时性。为此，各家制造商和组织都在针对普通以太网技术进行扩展，积极开发满足工业要求的以太网技术，比如说西门子和菲尼克斯的PROFINET、倍福的EtherCat、贝加莱的Powerlink、罗克韦尔支持的Ethernet/IP等。
有一句话说的是“文艺作品要源于生活而高于生活”，想必大家不会陌生。PROFINET是基于工业以太网的，这句话可以说得文艺范一点儿：PROFINET是源于以太网而高于以太网的。那么，PROFINET是怎么做到“高于以太网”的呢？
要做到比普通以太网犀利，重要的是PROFINET要做到实时性，而要做到实时性，首先就要解决确定性的问题。前面提到普通以太网会出现介质访问冲突的问题，不满足“确定性”的标准。那么一般解决冲突的方法有哪些呢？
① 既然PROFIBUS总线和PROFINET关系密切，先看看总线是如何解决的吧。PROFIBUS的通信方式是主从式，使用“令牌”控制，就像十字路口交通信号灯的作用；
② 可以想办法改进普通以太网所用的CSMA/CD，或者无线局域网（WLAN）所使用的CSMA/CA；
③ 广域网中使用信道复用，分为频分复用（FDM）和时分复用（TDM）。频分复用将一条高带宽的信道划分成带宽较小的多个信道，就像在一条公路上划分出多个车道；时分复用通过把通信数据包分配在不同时隙进行传输来实现信道复用。
PROFINET的通信方式是生产者/消费者，各个通信节点是平等的，随时都可以收发数据，所以总线的那种“令牌”控制不能适用，只能在后两个方案中想办法。从而也造就了前面所提到的PROFINET不同于PROFIBUS的地方。
（1）交换技术
普通以太网设备有可能会出现数据碰撞，也就是所谓的CSMA/CD造成了数据发送的延迟，从而不能保证通信的确定性，也就无法谈及通信的实时性。而且前面提到冲突域的范围是有大小的。普通以太网使用传统的交换机（switch）或者是集线器（Hub）构成局域网，使用集线器连接使得整个局域网都是一个数据的冲突域。那是不是可以再从冲突域的角度对普通以太网改进一下，以彰显PROFINET的“先进性”呢？答案是肯定的。
PROFINET采用支持IEEE 802.Q标准的交换机，或者PROFINET设备本身就集成一个带交换功能的双网口，使得同时有多个设备和一个设备所使用的带宽都是一样（100M），这样数据冲突的区域缩小到设备本身的区域内。因为端口可能有多个用户与该端口连接的用户通信，有可能发生介质访问冲突，支持IEEE 802.Q标准的交换机还采用了带有优先级的方式安排发送顺序，于是将冲突域缩小到一个具体的端口，从两个方面大大缩小了数据冲突区域，确保了通信的确定性。
打个比方说，在两条道路交汇的十字路口，东南西北四个方向的车不可能同时通过，得通过交通信号灯来进行指引，交换机相当于建了个立交桥，甚至是多层立交桥，使得多个方向的车辆能够同时通行。而在局域网中使用支持IEEE 802.Q标准的交换机，将通信网络搭建得像沪宁高速公路一样，在一个方向中划分出多个车道（双向8车道），并且规定大车一般不得占用内侧的车道，不仅大大提高了通行效率，而且行车的安全性也大大提高了。
（2）循环通信
如图3-13所示，对于由控制器、设备组成的PROFINET IO系统来说，工作的方式就是输入、处理、输出，这一过程循环往复，周而复始。处理是循环的，T1是PLC程序的循环扫描时间；而且通信也是循环的，T2是总线刷新时间，也就说每个循环周期（Cycle1…n），控制器与设备之间会进行通信。从这个角度说，PROFINET运用了时分复用的概念，这将大大提高整个网络的通信效率。时隙这个话题将在后面的章节中详细描述。
图3-13 循环通信
（3）精简协议栈
前面提到PROFINET IO系统是循环通信的，在一个周期内（总线刷新时间）做的事情无非是发送与接收，包括以下过程：
① 在生产者的应用程序中创建一个变量；
② 通过PROFINET通信报文的形式将该变量发送给通信伙伴（消费者）；
③ 在消费者的应用程序中再次获得该变量。
这个过程所花费的时间如图3-14所示，是T1到T5的累加，详细说明如表3-7所示。
图3-14 PROFINET报文传输过程
表3-7 通信传输过程各个环节所花费的时间
普通以太网通信使用TCP/IP协议，设备处理报文的时间是ms级别。对于PROFINET实时通信来说，PROFINET使用100Mbps（快速以太网）的传输速率，以传输一个最长的PROFINET报文1522字节为例，其传输时间T3大约是125μs，与采用TCP/IP协议报文的处理时间相比，传输时间T3是很短的。于是，要缩短刷新时间，最有效的办法就要精简通信协议栈，也就是缩短T2和T4。这种简化信息接受难度的做法就像鄙人当年逃课收看NBA总决赛的现场直播，现场画面和主持人的讲解让人能很快、很直接、很“实时”地感受到现场气息，获得身临其境的效果，让鄙人看完比赛后会意犹未尽、得意洋洋地向老老实实上课的球迷同学炫耀。如果当时只有文字直播，需要花一些时间通过文字理解去想象比赛画面，你觉得还有必要逃课去当铁杆球迷吗？
另外，PROFINET精简了通信堆栈的结构，对于时间要求苛刻的数据采用特别报文及协议，不使用TCP/IP协议栈处理，从而大大缩短了通信时间，保证了通信的实时性。这也属于实时报文类型，将会在后面章节将会详细描述。
总而言之，PROFINET采用精简的通信堆栈结构，100Mbps快速以太网，使用交换机或带交换功能的设备，带有优先级标识VLAN标签的报文，还有就是其循环通信的协议机制，这些是PROFINET实时的原因。
在工业自动化应用中，对时间要求苛刻的数据通常是周期性地传输。于是，实时通信就包含两个方面内容，首先是在很短的周期内快速响应，其次是抖动，就是指每次刷新时间会有细微的差别。实时性对于通信周期和抖动的要求根据应用场合不同而不同，对于过程仪表来说通信周期大于100ms也算实时（抖动甚至有几十毫秒），对于工厂自动化来说，实时就要求通信周期在1～10ms（抖动小于1ms），而运动控制则要通信求周期小于1ms（抖动小于1μs）。
正所谓众口难调，比如说温度控制，通信周期在秒级就够了，太快了完全没有必要；而工业机器人就不行了，通信周期得在微秒级别，慢了的话这个机器手臂动起来就别扭了，比如说周期是1s，你会看到哪怕是做一个自由度的动作，机械手都是一顿一顿，像迈克尔·杰克逊在跳“太空舞步”。
没困难要做，有困难克服困难也要做！为了解决“众口难调”的困难，PROFINET IO在实时通信的基础上再定量地区分出四种实时等级，用户可以根据工业自动化应用领域的不同，选择满足现场实时等级要求的设备。如表3-8中所示，四种实时等级的特点和要求是不同的，其中RT_CLASS_UDP是一个可选等级，可以看成是周期性的UDP通信。
表3-8 实时等级
大家一般都是在宿舍里玩电脑或者联机，这种办公室环境本身就是一种对笔记本电脑和网络设备的防护。而大家在看一些军事题材的关于特种兵的影片时，看到众多身手矫健的特种兵中往往都会有个把电脑高手，所使用的笔记本电脑裹着特有的迷彩颜色的厚厚外壳，而且在野外严酷的环境中也要随时拿出来使用，相信这些电脑肯定经过特殊设计处理，能够在野外环境使用。所以普通笔记本和特种兵使用的笔记本有不同防护要求上，当然也要有不同的防护处理。
工业现场在许多人眼里，往往是一幅以机器、设备、油污和粉尘为代表的画面，鄙人曾经在上海大众汽车生产线现场调试过设备，头戴安全帽，身披工作服，一天下来满身油污，这段经历一直印象深刻。所以在工业现场使用的设备更类似于特种兵使用的笔记本，需要考虑防护处理，最起码要需要考虑电磁兼容性、温度、防尘防潮以及机械质量等因素，甚至要想到最苛刻的现场环境，所以根据不同的产生环境需要不同的等级防护。
防护等级（见图3-15）用英文缩写IP表示，后面跟着两位数字，前一位表示防尘的范围，最高级别是6；后一位表示防水等级，最高级别是8。数字越大表示越强。
图3-15 防护等级
一般是以有无控制柜保护作为两个典型防护的标准，其中相关标准如表3-9所示。
表3-9 防护等级要求
根据以上条件和要求选择好设备后，已经为搭建生产线控制网络开了个好头。这里要稍微啰嗦两句，工厂生产线可不比宿舍游戏，工业的要求总是特别讲究，远比玩功夫茶复杂；工业的产品一般都特别贵，让不少国内企业咋舌；工业的标准总是特别苛刻，讲起来要复杂一些。这时工业标准听了不乐意了，抱怨说：“军用标准比俺还挑剔呢！”
言归正传，在选好设备后还需要考虑位置布局，功能进行分组。
位置布局通常是根据邻近布局的原则。熟悉项目概要、生产线电气原理图、布局图。每个设备和组件需要合理摆放，例如可以根据以下条件考虑设备布局和位置摆放：
① IO控制器应该使用单独的交换机连接，尽量离IO设备近一点；
② 远程IO设备摆放位置应该靠近现场，或者离控制柜远一些；
③ 控制面板最好能靠近现场，而显示面板则最好能离现场远一些，从而实现远程监控。
摆放好设备后需要功能分组，就是根据功能范围的不同进行分类，这样可以保证设备具有互操作性，这也是从一致性类别的角度划分范围。从这一点可以看出“物以类聚，人以群分”的道理在工控行业也是适用的嘛！
经过本章的讲述，大家看到了PROFINET“秀肌肉”，也许会觉得PROFINET太灵活了，可以按照不同条件分成许多种类别，满足不同层次的控制要求和通信需要。这同时也印证了PROFINET的全面，也是能够实现“一网到底”的原因，所以说PROFINET的特点概况来说应该是全面性和灵活性。其实这个特点与西门子工业自动化、菲尼克斯电气公司的特点倒有点一脉相承的感觉，就是都是拥有涵盖整个工业自动化各个方面的产品，都能够提供灵活的、客户化定制的技术方案，满足整个工厂自动化网络的各个层次。
根据以上条件选好PROFINET设备后，自动化工厂就是如图3-16所示。可以看出现场有两条生产线，有以下特征：
①A生产线由一个PROFINET IO系统组成，组成了一个一致性类别B的区域，有IO控制器和IO监视器各一个，有IO设备若干；
②B生产线由两个PROFINET IO系统组成，其中一个选择了一致性类别B的设备，包括监视器和控制面板，另一个系统组成了一致性类别C的区域；
③ 对于生产线B中的两个控制器，两者之间还需要一些通信配合，两条生产线各自作为一个自动化信息岛，有数据需要交互，就是前面提及的PROFINET CBA通信；
④ 生产线控制系统通信作为现场层，与控制层、管理层也有数据传输。
图3-16 按照要求放置好PROFINET设备
怎么样，选好了设备的一条生产线像不像配好各种元件的电脑？好了，现在你可以让自己的电脑主机接好显示器、鼠标、键盘，先安装一些游戏过过瘾吧，毕竟这是个新玩具，可以新鲜好几天。等大家过足了单机游戏的瘾，想联机玩游戏时，我们再讲怎么安装网络。