摘 要：介紹了新一代現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFInet的產(chǎn)生及其特點(diǎn)。重點(diǎn)闡述了PROFInet與其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)集成技術(shù)及其方案，以Profibus為代表，用實(shí)例研究ROFINET與其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)集成。最后展望了PROFInet與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的集成前景。 關(guān)鍵詞：PROFInet; Profibus; 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn); 集成; 工業(yè)以太網(wǎng) 1. 引言 　　隨著信息技術(shù)以及自動(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)展日益受到信息技術(shù)（IT）以及已確立的標(biāo)準(zhǔn)（如TCP/IP等）的重大影響。在這種形勢(shì)影響下，近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)也不斷在飛速發(fā)展，并發(fā)生著重大的革新。表現(xiàn)為信息集成技術(shù)不僅可以使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)得到橫向擴(kuò)展，而且為企業(yè)內(nèi)部自動(dòng)化系統(tǒng)間的全局通信提供了縱向擴(kuò)展的解決方案。在1999 年P(guān)rofibus 國(guó)際組織抓住了這一契機(jī),開(kāi)始尋求開(kāi)放的Profibus技術(shù)用于企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)和企業(yè)管理層的解決方案。最終Profibus 國(guó)際組織開(kāi)發(fā)出了一種自動(dòng)化解決方案——PROFInet, 該方案不僅允許所有總線(xiàn)的供應(yīng)商互相連接, 而且也能與較高企業(yè)層的IT直接通信?？梢哉f(shuō)ROFINET 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(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供以太網(wǎng)移植服務(wù)。 2. PROFInet簡(jiǎn)介 　　2.1 PROFInet概述 　　PROFInet是Process Field Net的縮寫(xiě)，它是Profibus客戶(hù)、生產(chǎn)商與系統(tǒng)集成聯(lián)盟協(xié)會(huì)推出的在Profibus與以太網(wǎng)間全開(kāi)放的通信協(xié)議，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，PROFInet為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整高性能并可升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話(huà)題，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（如Profibus）技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。PROFInet可以實(shí)現(xiàn)在各種不同場(chǎng)合的應(yīng)用，完成各種不同需求的控制任務(wù)，其功能包括8個(gè)主要的模塊，依次為實(shí)時(shí)通信、分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和過(guò)程自動(dòng)化。總的來(lái)說(shuō)可用一條等式簡(jiǎn)單而明了地描述PROFInet 方案：PROFInet = Profibus + 具有Profibus 和IT 標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 的開(kāi)放、一致的通信+獨(dú)立于制造商的工程模型+通過(guò)開(kāi)放對(duì)象模型的分散自動(dòng)化。 　　根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，PROFInet支持下列三種通訊方式：TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊、實(shí)時(shí)RT（Real-Time）通訊、 同步實(shí)時(shí)IRT（Isochronous Real-Time） ）通訊。這三種選擇覆蓋了從管理層到工廠成的自動(dòng)化范圍，是PROFInet的核心。 　　2.2 PROFInet與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)集成 　　由于PROFInet提供了與各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的開(kāi)放的接口, 作為下一代的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，不僅僅可以包容Profibus，而且 PROFInet可以從現(xiàn)有所有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)解決方案到基于以太網(wǎng)的PROFInet的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，且無(wú)需修改現(xiàn)有設(shè)備，從而極大保護(hù)了設(shè)備制造商、成套裝置或機(jī)器制造商和終端用戶(hù)的投資，這是將基于以太網(wǎng)的 PROFInet 技術(shù)應(yīng)用于過(guò)程自動(dòng)化的首要目標(biāo)。并且該方案確保了具有廣泛的一致性, 它使得各種層次的用戶(hù)使用同樣的機(jī)制進(jìn)行通信和協(xié)同運(yùn)行。這方面既包括自動(dòng)化設(shè)備間的橫向通信（自動(dòng)化集成） 也包括辦公室、管理和現(xiàn)場(chǎng)層用戶(hù)間的縱向通信（企業(yè)集成） 。 　　PROFInet提供了一個(gè)在PROFInet環(huán)境下協(xié)調(diào)現(xiàn)有Profibus和其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的模型。這表示，你可以構(gòu)造一個(gè)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和基于以太網(wǎng)的子系統(tǒng)任意組合的混合系統(tǒng)。這就能夠進(jìn)行從基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的系統(tǒng)向PROFInet 的連續(xù)技術(shù)轉(zhuǎn)移。 　　PROFInet 為連接現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)提供了以下兩種方法： 　　（1）通過(guò)代理服務(wù)器的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備集成：在以太網(wǎng)上，代理服務(wù)器是一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（例如：Profibus 上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）的代表。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備代表一個(gè)獨(dú)立的PROFInet組件。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。這種方法可以包含任何一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，在Profibus DP的情況下，一方面，代理服務(wù)器是Profibus主站，它協(xié)調(diào)Profibus節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換;另一方面，代理服務(wù)器是與PROFInet 通信的以太網(wǎng)設(shè)備。代理服務(wù)器可以作為（例如）PLC、基于PC 的控制或作為一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)。 　　（2）整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)應(yīng)用集成：每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)段可以作為組件模型框架內(nèi)的PROFInet 組件集成，該組件又成為PROFInet的設(shè)備，使別的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（如Interbus 、Profibus DP）處于PROFInet系統(tǒng)的較低級(jí)別。為了現(xiàn)有的裝備能夠與PROFInet 通信，PROFInet 組件中的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主站必須具備PROFInet功能。這表示，在組件中采用現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)機(jī)制（如Profibus DP），而在該組件的外部則采用PROFInet 機(jī)制。采用上述集成方案，PROFInet 不僅可以集成Profibus， 而且還可以集成其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)如：FF，DeviceNet，Interbus，CC-Link 等。其做法是，定義一個(gè)總線(xiàn)專(zhuān)用的組件接口（用于相應(yīng)總線(xiàn)所選擇的數(shù)據(jù)傳輸）的映像，并將它保存在代理服務(wù)器中。這就允許各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)一下子就能與PROFInet 連接。 3. PROFInet與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)集成的具體應(yīng)用 　　目前全世界范圍內(nèi)，PROFInet應(yīng)用還不廣泛，特別是在我國(guó)才剛剛起步，只有少數(shù)的公司和單位采用PROFInet方案。若要使PROFInet在自動(dòng)化領(lǐng)域占有一席之地不能以替代現(xiàn)有系統(tǒng)作為解決方法，而應(yīng)該能夠使這些系統(tǒng)簡(jiǎn)單地融入PROFInet。因?yàn)樽罱K用戶(hù)的控制系統(tǒng)都是經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期調(diào)試而比較穩(wěn)定的，他們想要的只是通過(guò)更新生產(chǎn)線(xiàn)或擴(kuò)展設(shè)備來(lái)升級(jí)現(xiàn)有的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)（無(wú)需因修改而發(fā)生任何額外費(fèi)用），以達(dá)到提高生產(chǎn)力，降低成本等目的;且裝備和機(jī)器制造商希望能夠?qū)⑵浣?jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)的和文檔化的系列設(shè)備用在PROFInet 自動(dòng)化項(xiàng)目中（無(wú)需作任何修改）。因此開(kāi)發(fā)研究PROFInet與現(xiàn)有總線(xiàn)的集成應(yīng)用成為PROFInet的關(guān)鍵技術(shù)之一。 　　由于Profibus在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用中占有相當(dāng)大的比例，所以本例以它為代表介紹PROFInet的集成研究。 　　通過(guò)下面的具體項(xiàng)目來(lái)說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)PROFInet與PORFIBUS的集成： 　　現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備有兩臺(tái)三容器液位裝置、兩個(gè)皮帶傳輸機(jī)、三臺(tái)立式電爐。三容器液位控制系統(tǒng)是一個(gè)雙輸入雙輸出的系統(tǒng)，通過(guò)控制水泵閥位的開(kāi)度使三容器的液位達(dá)到我們的設(shè)定值。皮帶傳輸機(jī)是通過(guò)控制變頻器的頻率來(lái)改變皮帶傳輸機(jī)傳輸速度。立式電爐是一個(gè)雙輸入雙輸出的溫度場(chǎng)控制對(duì)象，通過(guò)控制占空比來(lái)控制電爐的溫度。 　　原先整個(gè)系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：底層是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，中間層為監(jiān)控層，上層為信息管理層。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是以Profibus-DP總線(xiàn)為基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連，集成了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)層分布式控制網(wǎng)絡(luò)Infranet;監(jiān)控層是處于環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet中。用三路Profibus-DP總線(xiàn)分別控制這三個(gè)對(duì)象：DP總站為西門(mén)子SIMATIC S7系列PLC;智能傳感器、執(zhí)行器、變頻器等現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備等作為DP從站。 　　為了滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)層到管理層通信的連續(xù)性以增加生產(chǎn)過(guò)程的透明度優(yōu)化公司的運(yùn)作，現(xiàn)將具有Profibus和IT標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放透明的PROFInet引入到該系統(tǒng)中，用PROFInet替代Ethernet作為中間層，包括工廠對(duì)于車(chē)間設(shè)備的管理控制單元或軟件，通過(guò)上層信息管理層可與Internet相連。為了保證自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性可以通過(guò)構(gòu)成冗余的雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是PROFInet的優(yōu)勢(shì)之一：能夠創(chuàng)建靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。我們可以通過(guò)PROFInet 與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的接口來(lái)監(jiān)控車(chē)間各設(shè)備的運(yùn)行，達(dá)到對(duì)管理層和現(xiàn)場(chǎng)層流程化、理性化集成的目的。具體解決方案：原先用于控制三容器和電爐的Profibus 系統(tǒng)繼續(xù)使用，而皮帶傳輸機(jī)單元直接在PROFInet上進(jìn)行更新和擴(kuò)展。這樣原先的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)段以組件形式處于較低層，可看作是PROFInet上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，具體包括各被控對(duì)象的各個(gè)工段、控制器、執(zhí)行元件、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如傳感器、儀表）、自動(dòng)化設(shè)備等。在PROFInet標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)代理服務(wù)器能夠連接的Profibus設(shè)備（或別的總線(xiàn)設(shè)備）數(shù)目沒(méi)有限制，例如西門(mén)子產(chǎn)品支持64臺(tái)Profibus設(shè)備。原先的Profibus的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備則通過(guò)代理服務(wù)器與PROFInet通信。此時(shí)，一方面，代理服務(wù)器是Profibus主站，它協(xié)調(diào)Profibus節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換;另一方面，代理服務(wù)器是與PROFInet 通信的以太網(wǎng)設(shè)備。代理服務(wù)器可以作為PLC、基于PC 的控制或作為一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)。 [align=center] 圖1 PROFInet與Profibus的集成應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架片斷[/align] 　　通信程序的獨(dú)立和代理服務(wù)器技術(shù)的使用使得已經(jīng)存在的Profibus 系統(tǒng)可以無(wú)需作任何修改而完全保留下來(lái)繼續(xù)使用。所需要的就是在該新機(jī)器組態(tài)的工程設(shè)計(jì)時(shí)將這些組件之間的通信關(guān)系進(jìn)行互連。當(dāng)然，負(fù)責(zé)Profibus 系統(tǒng)的控制器（PLC）必須由以太網(wǎng)模塊（硬件和軟件）和代理服務(wù)器功能（軟件）來(lái)擴(kuò)展。代理服務(wù)器功能確保了PROFInet 專(zhuān)用的視圖作為控制系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)工藝技術(shù)模塊封裝。組件由機(jī)器或裝備的制造商創(chuàng)建為工藝技術(shù)模塊的映像。 　　通過(guò)本例可以說(shuō)明Profibus和PROFInet 可相互獨(dú)立地共存于整個(gè)系統(tǒng)中;而且它突出表現(xiàn)出已經(jīng)存在的子設(shè)備的簡(jiǎn)單易行的集成。 　　今天，Profibus是世界范圍內(nèi)唯一可覆蓋從工廠自動(dòng)化場(chǎng)合到過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。集成Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)解決方案的PROFInet是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用的完美體驗(yàn)。而且PROFInet成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的統(tǒng)一，使得工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)向底層現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制的延伸成為可能。由于PROFInet完全透明的兼容傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)和辦公室以太網(wǎng)，因此，通過(guò)使用PROFInet就可以在整個(gè)工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)了一網(wǎng)到底，為企業(yè)的信息化提供了堅(jiān)實(shí)的通訊平臺(tái)，大大地提高了工廠的生產(chǎn)率。 4. 結(jié)論 　　盡管PROFInet在概念上不同于像Profibus那樣的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，但是它已經(jīng)成功地定義了從現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)向以太網(wǎng)的全透明網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換策略?？稍诨赑ROFInet的系統(tǒng)中使用其Profibus產(chǎn)品，而不必做任何更改。目前已裝過(guò)程儀表在將來(lái)仍可在 PROFInet 環(huán)境中使用。起初，只有 Profibus DP 將被 PROFInet 所取代，Profibus PA、HART 和 FF 網(wǎng)絡(luò)保持不變。但現(xiàn)今各總線(xiàn)都可以融入到PROFInet?！坝糜谶^(guò)程自動(dòng)化的 PROFInet”這一中心主題在 2006 年的一次 PI 顧問(wèn)委員會(huì)會(huì)議中首先被提出。PI 的目標(biāo)是在 2006年年末時(shí)，完成用于連接 Profibus PA 和 HART 設(shè)備的技術(shù)規(guī)范;FF 連接將在 2007 年討論。用于過(guò)程自動(dòng)化、具有全面系統(tǒng)能力的 PROFInet 系統(tǒng)有望在 2008/2009 年實(shí)現(xiàn)。它意味著目前全世界80%的總線(xiàn)應(yīng)用可以成功向下一代以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)自然過(guò)渡。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] PROFInet Specification V2.0. 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