PROFINETの概要

PROFINETはPI（PROFIBUS & PROFINET International）が産業用オートメーションのために開発したEthernetベースの通信規格です。
PROFINETはEthernetのIEEE規格のIEEE802.3に適合しています。一般のEthernet通信と同様に、伝送媒体は銅線、光ファイバのどちらも使えます。トポロジもライン、リング、スターなど自由に選択できます。さらに、WLAN（Wireless LAN）などの無線も使用できます。このようにPROFINETは工場のオートメーションのあらゆる要求に応えることができます。

表1 PROFINETの通信仕様（IEEE802に準拠）

PROFINETは、標準のEthernetをベースにしており、TCP/IPをサポートしています。現場機器がWebサーバ機能をもっている場合には、特別な対応をすることなくそのままアクセスすることができます。このようにPROFINETでは、PROFINETのリアルタイム通信とTCP/IP通信を共存させることができます（図1）。

PROFINETの通信には、周期データ通信（リアルタイム通信）と非周期データ通信（NRT）があり、さらにリアルタイム通信には、RT（Real-time）とIRT（Isochronous Real-time）の2種類が規格化されています。リアルタイムデータ（RTとIRT）は標準のEthernetフレーム内のEthertypeの値[0x8892]を用いて、他の通信フレームと区別し、リアルタイム通信を実現します（ちなみにIP通信のEthertypeは[0x0800]です）。

（1）NRT（Non Real-time）[図1の①参照]
TCP/IPのプロトコルを使用して、リアルタイム性を要求しない非周期データ通信を行います。NRTではパラメータの読み書き、診断結果の読み出し、機器情報（I&M : Identification and Maintenance）情報の読み出しなどを行います。

（2）RT（Real-time）[図1の②参照]
RTは標準のEthernetハードウェア上にソフトウェアプロトコルを追加して、リアルタイム通信を実現します。具体的には、RTフレームはEthernetフレーム内のVALNタグ（IEEE803.1Q）を用いて優先度を定義し、NRTのフレームや一般のTCP/IPフレームよりも高い優先度で通信します。多くのフィールドバスと同等のパフォーマンスである10ms程度の周期のリアルタイム通信を実現します。

（3）IRT（Isochronous Real-time）[図1の③参照]
IRTは、高精度の同期制御で重要となる等時性とジッタ（ゆらぎ）を、RTよりさらに高いレベルで保証するリアルタイム通信です。例えば、150軸の多軸同期制御において、通信周期1ms以下、ジッタ（ゆらぎ）1μs以下を実現できます。これを実現するために、ハードウェアはスイッチ機能内蔵の専用ASICを使用し、図2に示すように通信サイクルをIRTチャネルとオープンチャネルに分け、1サイクルの中でリアルタイムデータと非リアルタイムデータの時分割通信を行います。この帯域分割は、PROFINET IRT機能を搭載するASICで実行されるため、機器に依存せずにIRT通信を実現できます。IRTの最小更新時間の初期値は250μsに決められていますが、最新の技術で最小更新時間を31.25μsまで低減できるようになりました。