構建PROFINET工業以太網，需要深入了解PROFINET網絡拓撲結構和應用。PLC在本文分享如何使用交換機構建不同的PROFINET網絡拓撲結構。

拓撲結構源自拓撲學，它是研究不同的點-線構成的圖形的特點的一門科學。在PROFINET網絡中，"點"可以是CPU主機架，也可以是分布式IO站點；"線"就是用于連接CPU和各IO站點的通信線路，比如網線或者光纖；這些點和線是依靠交換機連接起來的。

根據連接方式的不同，PROFINET網絡可以構成線型拓撲結構、星型拓撲結構、樹型拓撲結構和環型拓撲結構。


1、PROFINET構成線型拓撲結構
線型拓撲結構是使用一條傳輸線將網絡中的節點先后連接所組成的拓撲結構。很多現場總線，比如PROFIBUS/DeviceNet等都是線型拓撲結構。PROFINET也可以依靠交換機構成線型拓撲結構。交換機可以是單獨的外圍設備，也可以是節點內部集成的交換機。下面這張圖是依靠節點內部交換機構成的PROFINET線型拓撲結構：

線型拓撲結構的優點是：結構簡單、安裝容易、傳輸線路最短、節省成本；線型拓撲結構的缺點是：除了兩端，其余節點增加或刪除困難；單個節點發生故障能影響整個網絡，并且故障定位比較困難，一般不用來構成大型網絡；

2、PROFINET構成星型拓撲結構
星型拓撲結構是以交換機為中心，將各個網絡節點都連接到交換機上所組成的拓撲結構。星型拓撲是PROFINET網絡的典型拓撲結構，也是現代計算機網絡使用的主要拓撲結構；在星型網絡中，交換機是最核心的設備，下面這張圖是PROFINET網絡星型拓撲結構圖：

星型拓撲結構的優點是：節點增加和刪除靈活；單個節點故障不會影響網絡整體運行；容易管理、診斷及監控；星型拓撲結構的缺點是：布線復雜，成本高，交換機故障會導致網絡癱瘓。

3、PROFINET構成樹型拓撲結構
將幾個星型拓撲網絡用交換機連接起來就構成樹型拓撲網絡。比如下面這張圖：

許多企業網絡、工廠的車間網絡等都采用樹型拓撲結構。它除了具有星型網絡的優點外，還具有網絡層次清晰，整體可靠性和安全性都很高的特點；當然，它也具有星型網絡的缺點，比如交換機故障會導致某個分支癱瘓，布線成本高等。

4、PROFINET構成環型拓撲結構
將線型拓撲結構首尾相連，組成一個封閉的環就構成了環型拓撲結構。環型拓撲結構中信息只能沿一個方向流動，所有的節點都可以申請發送數據，因此需要一種“仲裁”機制，保證同一時間只有一個節點發送數據，通常是使用令牌。

環型網絡其實是線型網絡的改版，因此它也具有線型網絡的優缺點。優點在于布線簡單、線路短；缺點也很明顯，比如一個節點發生故障時，會影響整個網絡；節點增加刪除困難。

環型網絡在實際工程中使用的不多，比較典型的應用是構成冗余環網。比如，下面這張圖是兩個S7-1500 CPU構成的PROFINET環型拓撲網絡：

其中一個CPU是主用，另一個是備用；正常情況下，主用CPU執行程序，并與備用CPU進行同步；如果主用CPU發生故障，則備用CPU會接管系統的控制權。

好了，關于PROFINET網絡拓撲結構就先介紹到這里，后續文章會繼續介紹相關內容。構建PROFINET以太網還應該了解西門子產品(http://www.gsipv.com/product/list_92.html)的特點，熟練選用西門子產品，也是工控技術人員必需的技能。

相關閱讀
深入理解PROFINET通信等級(RT/IRT)
西門子PLC以太網通訊不同通信協議及連接特點
TIA博途中組態S7-1500和V90PN的PROFINET通信