摘要：工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)是當(dāng)今工業(yè)通信發(fā)展最為迅速的技術(shù)， PROFINET是真正的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)在各種不同場合的應(yīng)用，完成各種不同需求的控制任務(wù)。從傳輸協(xié)議角度上，PROFINET將數(shù)據(jù)分為：NRT、RT、和IRT三種不同的類型；從應(yīng)用角度上，PROFINET分為：CBA和I/O，以此來實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的一網(wǎng)到底的革命。
Key words: Profibus, Industry Ethernet, realtime, Industry Communication
關(guān)鍵詞：PROFINET、工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)、實(shí)時(shí)、工業(yè)通信
產(chǎn)品的生命周期越來越短，自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展正日益受到信息技術(shù)以及已確立的標(biāo)準(zhǔn)（例如：TCP/IP和XML）的重大影響。在這種形勢下，近年來現(xiàn)場總線技術(shù)也不斷在飛速發(fā)展，并發(fā)生著重大的革新。來自用戶越來越多的需求，例如：項(xiàng)目的投資保護(hù)；工藝技術(shù)模塊化；節(jié)約工程設(shè)計(jì)和投運(yùn)的成本等等，在這種形式下，Profibus國際組織便提出了一個(gè)基于以太網(wǎng)的新的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn) —— PROFINET。
PROFINET是一個(gè)整體的解決方案，它使用TCP/IP 和IT 標(biāo)準(zhǔn)，符合基于工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化體系，覆蓋了自動(dòng)化技術(shù)的所有要求；能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場總線的無縫集成。更重要的是PROFINET所有的事情都在一條電纜中完成，IT 服務(wù)和TCP/IP 開放性沒有任何限制；它可以滿足.用于所有客戶需要的統(tǒng)一的通信；從高性能到等時(shí)同步可以伸縮的實(shí)時(shí)通信。現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC-61158的第10類型。
PROFINET用于實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)的集成、一致的自動(dòng)化解決方案。支持用以太網(wǎng)通信的簡單分散式現(xiàn)場設(shè)備和苛求時(shí)間的應(yīng)用的集成，以及基于組件的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)的集成。為完成這一面向各種控制對(duì)象的需求，PROFINET在通信方式上根據(jù)通信目的不同而采用3種不同性能等級(jí)的通信方式：
- 通過TCP/UDP /IP 在標(biāo)準(zhǔn)通道上發(fā)送非苛求時(shí)間的數(shù)據(jù)，例如：參數(shù)、組態(tài)數(shù)據(jù)和互連信息。這滿足自動(dòng)化層與其它網(wǎng)絡(luò)（MES，ERP）的連接需求。
PROFINET 使用以太網(wǎng)和TCP/UDP/IP 協(xié)議作為通信基礎(chǔ)。TCP/UDP/IP 是IT 領(lǐng)域在通信協(xié)議方面的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。TCP/UDP/IP 提供了使以太網(wǎng)設(shè)備能夠通過本地和分布式網(wǎng)絡(luò)的透明通道中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。
- 對(duì)于生產(chǎn)裝備內(nèi)苛求時(shí)間的過程數(shù)據(jù)的傳輸，它采用實(shí)時(shí)通道（RT：Realtime）。作為基于可用控制器的軟件來實(shí)現(xiàn)的。
在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，實(shí)時(shí)應(yīng)用需要刷新/響應(yīng)時(shí)間范圍在5—10ms 內(nèi)。 經(jīng)驗(yàn)指出，與設(shè)備中的處理時(shí)間相比，快速（100Mbps）或更高速率的以太網(wǎng)線路上的傳輸時(shí)間是可以忽略不計(jì)的。在提供者的應(yīng)用中可提供數(shù)據(jù)的時(shí)間是不受通信影響的。這就是說，在刷新時(shí)間以及實(shí)時(shí)響應(yīng)中任何重大的改進(jìn)主要可通過發(fā)布者和使用者通信棧的優(yōu)化來達(dá)成。PROFINET 中的實(shí)時(shí)通信通道就為了能滿足自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)要求，此通道基于以太網(wǎng)（層2）。此解決方案顯著地減少了通信棧所占用的運(yùn)行時(shí)間，從而提高了過程數(shù)據(jù)刷新速率方面的性能。PROFINET使用快速以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)中已集成全雙工模式切換技術(shù)，并已進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。通過優(yōu)先級(jí)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸在PROFINET中，不僅最小化了控制器中的通信棧，而且也對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。為了能在這些情況下達(dá)到一種最佳結(jié)果，在PROFINET中按照IEEE 802.1Q將這些數(shù)據(jù)包區(qū)分優(yōu)先級(jí)。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流則由網(wǎng)絡(luò)組件依據(jù)此優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。優(yōu)先級(jí)6（Priority 6）是用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先級(jí)，由此也就確保了對(duì)其它應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)處理。
- 對(duì)于同步應(yīng)用，PROFINET采用等時(shí)同步實(shí)時(shí)通信（IRT：Isochronous Realtime），它允許在時(shí)鐘速率為1ms時(shí)，抖動(dòng)精度為1μs。
實(shí)時(shí)通道RT解決方案對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用要求刷新速率在1ms，100 節(jié)點(diǎn)的連續(xù)循環(huán)的抖動(dòng)精度為1μm。為了滿足這些需求，PROFINET 在快速以太網(wǎng)的層2 協(xié)議上已定義了時(shí)間間隔控制的傳輸方法IRT。通過具備上述精度的參與設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)組件和PROFINET 設(shè)備）的時(shí)間同步化，可在網(wǎng)絡(luò)中規(guī)定時(shí)間片，在此時(shí)間間隔內(nèi)傳輸自動(dòng)化任務(wù)所必需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通信循環(huán)被分成兩個(gè)部分，即：時(shí)間確定性部分和開放性部分。循環(huán)的實(shí)時(shí)報(bào)文在時(shí)間確定性通道中傳輸，而TCP/IP 報(bào)文則在開放性通道中傳輸。等時(shí)同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)基于硬件。基于硬件的實(shí)現(xiàn)能夠獲得所要求的異常重要的順序精度要求，同時(shí)也解放了承擔(dān)PROFINET 設(shè)備通信任務(wù)的處理器。這就免除了煩瑣的計(jì)算，從而可為自動(dòng)化任務(wù)提供解決方案。
這3 種性能等級(jí)的PROFINET通信覆蓋了自動(dòng)化應(yīng)用的全部范圍。PROFINET 通信標(biāo)準(zhǔn)的特性包括以下方面：
- 在一根通信線路上同時(shí)使用實(shí)時(shí)通信和基于TCP 的IT 通信。
- 標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)時(shí)協(xié)議適用于所有應(yīng)用、分布式系統(tǒng)中組件之間的通信以及控制器與分散式現(xiàn)場設(shè)備之間的通信。
- 從一般性能到高性能和時(shí)間同步的可縮放的實(shí)時(shí)通信。
為實(shí)現(xiàn)這3種不同的通訊方式，滿足工業(yè)控制的工程要求，PROFINET采用2種重要的應(yīng)用方式：
- 在實(shí)現(xiàn)分布式過程采用基于組件的自動(dòng)化概念（CBA）
PROFINET組件模型對(duì)于具備可編程功能的智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備來說非常理想。組件模型將機(jī)器或裝備的自治模塊描述為工藝技術(shù)模塊?；诠に嚰夹g(shù)模塊而開發(fā)的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)簡化了裝備和機(jī)器的模塊化設(shè)計(jì)，從而顯著地簡化了裝備和機(jī)器零部件的重復(fù)使用。因此大量地減少了工程設(shè)計(jì)成本?；诮M件模型的PROFINET 通過PCD（PROFINET Component Debbbbbbion）來描述。它是一個(gè)XML文件，并可以使用制造商特定的組態(tài)工具的組件生成器或PROFINET 組件編輯器來創(chuàng)建。分布式自動(dòng)化裝備的工程設(shè)計(jì)分為：各個(gè)工藝技術(shù)模塊的控制邏輯的編程（制造商特定的組態(tài)工具）和整個(gè)裝備的工藝技術(shù)組態(tài)，后者決定這些工藝技術(shù)模塊之間的通信關(guān)系。
- 分散式現(xiàn)場設(shè)備（PROFINET IO）
分散式現(xiàn)場設(shè)備通過PROFINET IO 集成。這采用通常的Profibus DP 的IO，從而可將現(xiàn)場設(shè)備的IO 循環(huán)地傳輸給PLC 的過程映象。在PROFINET IO描述的設(shè)備模型中，現(xiàn)場設(shè)備的特性通過基于XML的GSD(General Station Debbbbbbion)文件來描述。
在其他方面如：
- Web 功能的集成：Web集成允許在以太網(wǎng)上訪問PROFInet設(shè)備：PROFInet選擇使用已經(jīng)實(shí)踐證明的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)如： http, HTML 和XML。通過統(tǒng)一的站點(diǎn)（Web-Sites）來定義設(shè)備信息、診斷及報(bào)告功能，無需工程工具就可以方便查詢并確定差錯(cuò)。對(duì)于設(shè)備的訪問可通過類似于微軟的Internet Explorer那樣的標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器。
- IT 集成：網(wǎng)絡(luò)管理覆蓋了在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中PROFINET 設(shè)備管理的所有功能。這包括設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)診斷。對(duì)于Web集成，PROFINET 采用基于以太網(wǎng)的技術(shù)，而且借助互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)可訪問PROFINET 組件。為了獲得與其它系統(tǒng)范圍的開放鏈接，PROFINET 采用OPC DA 和DX。
- 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌横槍?duì)要連網(wǎng)單元的要求而定。PROFINET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆校盒切汀⒕€型、樹型和環(huán)型結(jié)構(gòu)。實(shí)際的系統(tǒng)是由混合結(jié)構(gòu)組成，可以用銅纜或光纜實(shí)現(xiàn)。
- 網(wǎng)絡(luò)安裝：PROFINET 網(wǎng)絡(luò)安裝依據(jù)工業(yè)環(huán)境下以對(duì)太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特殊要求給設(shè)備制造商提供清晰的設(shè)備接口規(guī)范和布線要求?！癙ROFINET 安裝導(dǎo)則”給裝備制造商/操作人員提供以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安裝的簡單規(guī)則。
作為下一代的現(xiàn)場總線，PROFINET需要能夠集成許多成熟的正在使用的現(xiàn)場總線。由于IT 技術(shù)的應(yīng)用，在PROFINET方案中保護(hù)投資也起著至關(guān)重要的作用。PROFINET能集成現(xiàn)有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)（例如INTERBUS、Profibus），且無需修改現(xiàn)有設(shè)備。這就保護(hù)了所有投資者的現(xiàn)有投資。PROFINET可以從現(xiàn)有的現(xiàn)場總線解決方案（例如：INTERBUS、PROFIBUS DP）到基于以太網(wǎng)的PROFINET的無縫轉(zhuǎn)換。
PROFINET 提供2種集成現(xiàn)場總線系統(tǒng)的方法：
- 通過代理服務(wù)器的現(xiàn)場總線設(shè)備集成：在此情況下，代理服務(wù)器代表以太網(wǎng)上較低層的現(xiàn)場設(shè)備。采用代理服務(wù)器方案，PROFINET 提供了從現(xiàn)有設(shè)備到新安裝的設(shè)備之間的全透明轉(zhuǎn)換。
- 整個(gè)現(xiàn)場總線應(yīng)用的集成：一個(gè)現(xiàn)場總線段代表一個(gè)自包含的PROFINET 組件，該組件代表的是在較低層操作現(xiàn)場總線（例如：INTERBUS 、Profibus DP）的PROFINET設(shè)備。由此，較低層現(xiàn)場總線的所有功能以組件的形式保存在代理服務(wù)器內(nèi)。然后這些功能就在以太網(wǎng)上可供使用了。
為了滿足所有自動(dòng)化的需求，PROFINET 還吸納了多年積累的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)，從一開始就決定了PROFINET采用開放的標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)有設(shè)備的簡單處理和集成的定義。PROFINET 持續(xù)不斷的開發(fā)為用戶帶來了長遠(yuǎn)的前景。對(duì)于用戶來說，采用PROFINET 可降低安裝、工程和投運(yùn)的成本。對(duì)于業(yè)主來說，由于運(yùn)用了自適應(yīng)的子單元，PROFINET 簡化了裝備的擴(kuò)展并提高了裝備的可用性。
擁有PROFINET，作為系統(tǒng)和機(jī)械制造商：由于自適應(yīng)的模塊而具有更高的可用性；由于并行地投運(yùn)，減少了投運(yùn)時(shí)間；可管理的設(shè)備特定的詳細(xì)信息提供簡化的診斷，使從設(shè)計(jì)到運(yùn)行更快捷。作為系統(tǒng)集成商：由于從現(xiàn)場級(jí)到企業(yè)管理級(jí)的開放性標(biāo)準(zhǔn)化的通信，可自由選擇供應(yīng)商；由于模塊化，可容易地?cái)U(kuò)展開放的工程系統(tǒng)。由于自適應(yīng)的子系統(tǒng)，具有高度的系統(tǒng)可用性；通過集成現(xiàn)有的系統(tǒng)和設(shè)備，投資得到了保護(hù)；由于采用已認(rèn)證的設(shè)備而獲得高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
PROFINET——遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅僅是以太網(wǎng)，而是自動(dòng)化領(lǐng)域的開放的解決方案。
- PROFINET規(guī)定了強(qiáng)大功能，從網(wǎng)絡(luò)安裝到基于web診斷的整個(gè)自動(dòng)化解決方案的實(shí)現(xiàn)。
- PROFINET的模塊化結(jié)構(gòu)可非常容易地?cái)U(kuò)展和包含其它功能。
- PROFINET提供標(biāo)準(zhǔn)化的獨(dú)立于制造商的工程接口。它能夠方便地把各個(gè)制造商的設(shè)備和組件集成到單一系統(tǒng)中。設(shè)備之間的通信鏈接以圖形形式組態(tài)，無需編程。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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