概述

PROFINET系統冗余分為NAP S1、S2、R1、R2，四種類型。

一個NAP（Network Access Point/網絡接入點）是指一個IO設備的一個PN接口，注意一個NAP是接口而不是接口模塊。

S（Single/單的）是指具有一個PN接口的IO設備。R（Redundant/冗余的）是指具有兩個PN接口的IO設備。

NAP S設備可以連接到單網絡，NAP R設備可以連接到雙總線型網絡或雙環型網絡。

后面的數字表示一個PN接口（NAP）的通信關系的Zui大數量。這種通信關系在PNO標準中被稱為AR（應用關系）。例如基于NAP S1和NAP R1，每個PN接口只能建立到一個IO控制器（IOC）的一個通信連接。

基于NAP S2和R2，可以將兩個IO控制器（IOC）分配給一個PN接口（NAP），例如接口模塊的PN接口。這里應該注意的是，運行中的NAP僅使用兩個連接中的一個進行主動IO數據交換，并且僅在出現故障時切換到另一個連接。

在系統冗余的情況下，IO控制器（IOC），即PLC的PN接口，和IO設備的接口模塊必須都支持相對應的PROFINET系統冗余功能。不能將支持NAP S2的IO設備（如具有高性能HF接口模塊的ET 200SP）冗余連接到兩個標準S7-1500控制器（非冗余控制器），因為這種類型的PLC不支持NAP S2。該配置將被限制到Zui小的通用功能（在本例中為NAP S1），并且只允許ET 200SP連接到兩個控制器中的一個。

PROFINET系統冗余 S1

NAP S1是指具有一個PN接口的IO設備。以ET 200SP或ET 200MP為例，只具有一個接口模塊和一個PN接口。

該接口模塊通過其PN接口與IO控制器（IOC）建立通信關系（AR），例如S7-1516F的PN接口X1。

在發生故障（斷開連接或PLC故障）的情況下，設備無法切換到另一個通信連接。這不是一個冗余配置，但它也是實際的PROFINET標準的一部分。

注：

每個標準IO設備都支持PROFINET NAP S1，盡管其不具備冗余功能，但為了PROFINET系統冗余標準的完整性，在介紹冗余系統時都會被提到。

圖1 - NAP S1原理

將NAP S1設備連接到冗余控制系統（例如，S7-400H）時，此類IO設備只能分配給兩個IO控制器中的一個（IOC）。在發生故障的情況下（例如，相應的PLC發生故障），即使IO設備和控制器的PN接口在物理上位于同一網絡中，另外一個控制器也不能接管該IO設備。

圖2 - 標準IO設備與冗余系統的連接

PROFINET系統冗余 S2

對于NAP S2配置，IO設備只有一個PN接口（NAP），在ET 200SP的情況下，對應于具有一個PN接口的接口模塊。

這個接口模塊可以與兩個IO控制器（IOC）建立兩個通信關系（AR），即每個IO控制器（IOC）對應一個通信關系（AR）。在運行過程中，這兩個連接中的一個用于IO數據交換（主AR），另一個作為備用通信關系（備用AR）。在PNO系統冗余標準中，被稱為具有兩個AR的AR集。

如果主AR出現故障，控制系統將切換到備用AR。數據交換將在備用的IO控制器（IOC）上進行。                                     

圖3 - NAP S2原理

PROFINET系統冗余 R1

NAP R1是指具有兩個PN接口的IO設備。在SIMATIC IO站的情況下，是指一個接口模塊具有兩個PN接口或每個接口模塊具有一個PN接口的兩個接口模塊，但IO相同。如下圖所示：

圖4 - NAP R IO設備配置

這種主要用于冗余網絡，如冗余總線型網絡或星型網絡。然而，這并不是一個的要求，因為根據該標準，IO控制器（IOC）和PN接口（NAP）也被允許存在于同一個單網絡（總線型、環型網絡、星型網絡）中。

這兩個PN接口（NAP）中的每一個都具有到其自己的IO控制器（IOC）的通信關系（AR）。與NAP S2相比，冗余不是通過每個接口的兩個通信關系（AR）來實現的，而是通過加倍PN接口來實現的。

圖5 - NAP R1原理

以這種方式，一個PN接口（NAP）不能在兩個IO控制器（IOC）之間切換，因為它只有到一個IO控制器（IOC）的一個通信關系（AR）。相反，在主通信關系（主AR）故障的情況下，切換到備用的PN接口（NAP）。和NAP S2一樣，在PNO系統冗余標準中，被稱為具有兩個AR的AR集。

PROFINET系統冗余 R2

NAP R2融合了NAP R1和S2這兩種解決方案，因為它可以處理每個IO設備的兩個PN接口（NAP），并且這些接口中的每一個可以處理到兩個IO控制器（IOC）的兩個通信關系（AR）。

與NAP S2和NAP R1相比，在這種情況下，可以訪問四個可能的通信關系，在PNO系統冗余標準中，稱為四個AR的AR集。

圖6 - NAP R2原理

在故障的情況下切換到哪種通信關系取決于故障的類型以及通過哪種路由可以Zui快地提供穩定的IO通信（有多種路徑可以選擇，擇優選擇路徑）。