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前言:

    代表全世界1200多家會員公司的PROFIBUS 國際組織宣布，截止2003年底，工廠和過程自動化應(yīng)用系統(tǒng)所安裝的PROFIBUS節(jié)點(diǎn)設(shè)備已經(jīng)歷史性地突破了1千萬，比其它任何現(xiàn)場總線解決方案高出許多。隨后，該組織推出了基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET自動化解決方案。該技術(shù)為當(dāng)前的用戶提供了一套完整高性能可伸縮的升級至工業(yè)以太網(wǎng)平臺的解決方案。PROFINET是一項(xiàng)重大的并具有戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，它不僅能為PROFIBUS，而且能為其它現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供以太網(wǎng)移植服務(wù)。

工業(yè)自動化的新前景

    有效提高工廠生產(chǎn)力始終是永恒的目標(biāo)。并且希望投資使生產(chǎn)能夠快速應(yīng)對最新的市場需求，縮短上市時(shí)效。這就需要根據(jù)公司范圍內(nèi)的連續(xù)信息流，用于戰(zhàn)略決策：從生產(chǎn)第一步，到工廠控制層，直到公司管理層。

    自動化技術(shù)從其創(chuàng)立以來就一直處于不斷發(fā)展的進(jìn)程之中。在通信方面的一大創(chuàng)新是現(xiàn)場總線技術(shù)的使用。它使得自動化系統(tǒng)從集中化控制轉(zhuǎn)向分散化控制。隨著工廠縱向集成的顯著增長，工業(yè)通信在現(xiàn)代自動化領(lǐng)域的地位更是舉足輕重。

    當(dāng)今自動化技術(shù)的發(fā)展正日益受到另一種技術(shù)― 信息技術(shù)（IT）、其原理和標(biāo)準(zhǔn)的重大影響。以太網(wǎng)在辦公領(lǐng)域早已成熟應(yīng)用，并成為標(biāo)準(zhǔn)的總線系統(tǒng)。由于為市場廣泛接受，對以太網(wǎng)的開發(fā)（如傳輸率的提高）從沒有停止過。自動化領(lǐng)域中集成信息技術(shù)開辟了自動化系統(tǒng)之間全局?jǐn)?shù)據(jù)通信的可行性，也使基于以太網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)PROFINET成為可能。開放標(biāo)準(zhǔn)而不是專用解決方案的使用保證了長遠(yuǎn)的兼容性和擴(kuò)展性，也就是保護(hù)了投資。這一點(diǎn)是PROFIBUS國際組織非常重要的考慮方面。 

通過 PROFINET，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

    采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式、跨供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn) PROFINET，即可從公司管理層直到現(xiàn)場層實(shí)現(xiàn)直接、透明的訪問。PROFINET，基于現(xiàn)有成熟IT標(biāo)準(zhǔn)，并提供對TCP/IP的絕對支持。

    將來采用PROFINET,能夠毫不費(fèi)力地與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展及便捷集成。PROFINET可以保證對現(xiàn)有系統(tǒng)投資的高度保護(hù)，并使工廠擁有創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)越性，不管是現(xiàn)在，還是未來。

PROFINET：適用于每一需求的解決方案

    工業(yè)設(shè)備的工程與組態(tài)、實(shí)時(shí)能力、分布式現(xiàn)場設(shè)備的集成、同步運(yùn)動控制應(yīng)用、簡單網(wǎng)絡(luò)管理與診斷、防止未授權(quán)訪問、高效、跨供應(yīng)商的工程與組態(tài)，以及高度的機(jī)器及工廠可用性――所有這些需求都可由PROFINET這一開放式、跨供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)。

PROFINET實(shí)時(shí)通信功能的實(shí)現(xiàn)

在PROFINET標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，PROFINET支持以下三種通信方式。如圖所示：
    1，使用TCP/IP 的標(biāo)準(zhǔn)通信
    PROFINET 使用以太網(wǎng)和TCP/IP 協(xié)議作為通信基礎(chǔ)。TCP/IP 是IT 領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。但是，對于不同應(yīng)用的互操作性而言，這還不足以在現(xiàn)場設(shè)備上建立一個基于TCP/UDP 的公共的通信通道（Layer4）。事實(shí)是，TCP/IP 只提供了基礎(chǔ)，用于以太網(wǎng)設(shè)備通過面向連接和安全的傳輸通道在本地和分布式網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在較高層上則需要其它的規(guī)范和協(xié)議（亦稱為應(yīng)用層協(xié)議），而不是TCP或UDP。那么，在設(shè)備上使用相同的應(yīng)用層協(xié)議時(shí)，只能保證互操作性。典型的應(yīng)用層協(xié)議有：例如SNMP，DHCP和HTTP。

    PROFINET 中，不僅最小化了可編程控制器中的通信棧，而且也對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。按照IEEE802.1q 將這些信息包區(qū)分為優(yōu)先級。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流由網(wǎng)絡(luò)部件根據(jù)此優(yōu)先級進(jìn)行控制。

    3，同步實(shí)時(shí)（IRT）通信
    PROFINET 被設(shè)計(jì)可用于高性能的同步運(yùn)動控制應(yīng)用。然而，對上述響應(yīng)時(shí)間在5-10ms的 實(shí)時(shí)通信將不足以滿足伺服運(yùn)動控制場合的需求。伺服運(yùn)動控制場合是指在100個節(jié)點(diǎn)下，響應(yīng)時(shí)間低于1ms，同步傳送和抖動小于1μs。PROFINET的同步實(shí)時(shí)IRT功能是在Layer2上由內(nèi)嵌的ERTEC同步實(shí)時(shí)交換芯片提供的。按照PROFIBUS國際組織提供的數(shù)據(jù)，PROFINET在同步實(shí)時(shí)（IRT）通信方式下應(yīng)用在同步運(yùn)動控制場合，其性能比目前的現(xiàn)場總線方案要提升100倍 。

    在一個周期內(nèi)通過分隔時(shí)間域來傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。循環(huán)實(shí)時(shí)報(bào)文通過確定性通道(IRT Channel)來傳遞；而TCP/IP報(bào)文則通過標(biāo)準(zhǔn)通道(OPEN Channel)來傳遞。這可用高速公路來舉例做形象比喻。在高速公路上，我們預(yù)留左車道用于實(shí)時(shí)通信傳遞；并而禁止其它的公路使用者（TCP/IP通信）切換到這個車道。這樣一來甚至當(dāng)右車道發(fā)生通信堵塞的情況下，也不會影響到左車道的實(shí)時(shí)通信傳遞。

    這種基于硬件的同步實(shí)時(shí)（IRT）通信解決方案能夠在保證大量數(shù)據(jù)傳遞下保持足夠高的時(shí)間確定性；同時(shí)，可緩解PROFINET設(shè)備上處理器的通信任務(wù)。剩余的處理能力可用在自動控制任務(wù)的開銷上。

PROFINET與分布式現(xiàn)場設(shè)備（PROFINET I/O）

    分布式現(xiàn)場設(shè)備采用PROFINET接口，即直接連接以太網(wǎng)上的現(xiàn)場設(shè)備，并與控制器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換。PROFINET是用于智能現(xiàn)場設(shè)備和可編程序控制器最理想的模型。在PROFINET中通過PROFIBUS-DP 中常用的I/O 視圖描述簡單的現(xiàn)場設(shè)備。因此，分布式外圍設(shè)備也集成在PROFINET中。這種集成最重要的特點(diǎn)是使用在PLC 應(yīng)用程序內(nèi)處理的帶有輸入/輸出數(shù)據(jù)的分布式現(xiàn)場設(shè)備。

    同時(shí)，通過對PROFIBUS設(shè)備的透明集成，PROFIBUS各種豐富的設(shè)備診斷功能同樣也適用于PROFINET。

PROFINET及運(yùn)動控制系統(tǒng)確了最高的性能等級

    采用PROFINET，能夠輕松實(shí)現(xiàn)極為快速的同步驅(qū)動控制系統(tǒng)，用于高性能的運(yùn)動控制應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：與當(dāng)今解決方案和采用TCP/IP通訊的系統(tǒng)相比，將是巨大飛躍。PROFINET設(shè)備中集成的同步實(shí)時(shí)（IRT）功能是高性能的有力保證。

PROFINET與分布式智能

    PROFINET在分布式自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)上打開了新的前景：全廠工程的徹底模塊化，即基于組件的自動化（CBA）：智能模塊，包括機(jī)械部件、電氣/電子部件和應(yīng)用軟件，為預(yù)測試設(shè)計(jì)，交付即用。使用SIMATIC iMap軟件，可以用圖形化方式組PROFINET和PROFIBUS上模塊之間的關(guān)系。界面友好，不需要另外編程。

使用PROFINET，輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安裝

    PROFINET使你可以安裝網(wǎng)絡(luò)而不需要專家的知識。除星形接線外，PROFINET還支持總線和環(huán)形結(jié)構(gòu)，因此使接線費(fèi)用最小化，并保證高度的可用性。特別設(shè)計(jì)的工業(yè)電纜和耐用連接器滿足EMC和溫度要求，并且在PROFINET框架內(nèi)形成標(biāo)準(zhǔn)化。這樣保證了與不同制造商設(shè)備之間的兼容性。《PROFINET安裝指南》作為網(wǎng)絡(luò)安裝的指導(dǎo)手冊，保證了簡單的機(jī)器與工廠調(diào)試過程。

PROFINET――IT標(biāo)準(zhǔn)與安全

    PROFINET提供有所有必要功能，采用業(yè)已驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)IT技術(shù)外（如http、HTML、SNMP、DHCP和XML），優(yōu)化組態(tài)和診斷PROFINET設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)。這些服務(wù)在PROFINET中的集成意味著調(diào)試和維護(hù)中的成本的節(jié)省。另外，在需要的任何時(shí)候，你可以從世界上任一地點(diǎn)對所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)訪問。

    近年來，在數(shù)據(jù)與通訊技術(shù)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)安全的重要性迅速提高。安全意味著防止系統(tǒng)破壞和對敏感數(shù)據(jù)未授權(quán)訪問的保護(hù)。PROFINET已經(jīng)有一個集成的安全概念，可以使自動化網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn)最小化，不會對生產(chǎn)造成不必要的影響。

具有集成的故障安全功能的PROFINET

    PROFINET還滿足對人員、設(shè)備和環(huán)境的全面安全概念的需要。借助于故障安全通信的標(biāo)準(zhǔn)行規(guī)PROFIsafe，PROFINET既可用于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，也可用于故障安全應(yīng)用，一種處處可用的簡單網(wǎng)絡(luò)。直接可編程的安全邏輯采用標(biāo)準(zhǔn)工具來簡化調(diào)試與編程。

PROFINET與過程自動化應(yīng)用

    過程自動控制的需求將融入PROFINET標(biāo)準(zhǔn)，PROFINET不單設(shè)計(jì)可應(yīng)用于工廠自動化場合，同時(shí)面對過程自動化應(yīng)用。工業(yè)界針對工業(yè)以太網(wǎng)總線供電，及以太網(wǎng)應(yīng)用在本質(zhì)安全區(qū)域的問題的討論正在形成標(biāo)準(zhǔn)或解決方案。PROFIBUS國際組織計(jì)劃在2006年的時(shí)候會提出PROFINET進(jìn)入過程自動化現(xiàn)場級應(yīng)用的方案。
PROFINET可以通過代理服務(wù)器技術(shù)無縫集成現(xiàn)場總線PROFIBUS和其它的總線標(biāo)準(zhǔn)。今天，PROFIBUS是目前世界范圍內(nèi)唯一可覆蓋從工廠自動化場合到過程自動化應(yīng)用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFINET集成PROFIBUS的現(xiàn)場總線解決方案是用于過程自動化領(lǐng)域的完美體驗(yàn)。

前進(jìn)中的PROFINET

    客戶需要的是一個整體的總線系統(tǒng)。PROFINET作為最新一代的工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)，正在以前所未有的速度進(jìn)入現(xiàn)場級的應(yīng)用。PROFIBUS國際組織的成員公司在2004年的漢諾威展覽會上推出了大量的帶有PROFINET借口的設(shè)備。例如：西門子推出大量帶有PROFINET接口系列產(chǎn)品，包括SIMATIC S7-300和S7-400 PLC、SCALANCE系列光纖交換機(jī)、ET200S現(xiàn)場分布式I/O產(chǎn)品家族的設(shè)備。

    同時(shí)現(xiàn)有的PROFIBUS設(shè)備也可集成到PROFINET解決方案中。豐富的有源和無源網(wǎng)絡(luò)部件、創(chuàng)建安全工業(yè)以太網(wǎng)的安全產(chǎn)品以及具有工業(yè)WLAN功能的無線通訊選件，使得PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的應(yīng)用更加完美。