摘 要：自從PROFIBUS問世以來，開放的PROFIBUS技術(shù)一直處于不斷的開發(fā)過程中，其目標(biāo)是提供其應(yīng)用領(lǐng)域的邏輯擴(kuò)展。從自動化結(jié)構(gòu)的角度看，很長一段時間內(nèi)這個開發(fā)過程只是關(guān)于通信機(jī)制和應(yīng)用行規(guī)的橫向擴(kuò)展。然而，近年來集成工業(yè)自動化與企業(yè)/全球聯(lián)網(wǎng)企業(yè)中辦公領(lǐng)域較高層的IT技術(shù)在PROFIBUS技術(shù)的縱向擴(kuò)展中，同時又完全保留PROFIBUS現(xiàn)有的開放性，這已成為決定性趨勢。按照客戶的要求，PROFInet提供了一種開放的、一致的PROFIBUS縱向集成方案,全面地滿足了保護(hù)客戶投資的要求，即:集成現(xiàn)有的通信和自動化結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：PROFIBUS;PROFInet;自動化結(jié)構(gòu);工業(yè)自動化;IT技術(shù) 1、引言 　　代表全世界1200多家會員公司的PROFIBUS 國際組織推出了基于實時工業(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)。 　　PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS由3個兼 容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS規(guī)定一種串行現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術(shù)特性和功能，用這種系統(tǒng)可將現(xiàn)場中的分布式自動化設(shè)備在低和中等性能范圍內(nèi)（分別為傳感器/執(zhí)行器和單元層）相互連接成網(wǎng)絡(luò)。PROFIBUS訪問總線方法是符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50 170標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，即附屬有主/從站輪詢的令牌傳遞原理。 　　PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)在過程和制造工業(yè)的應(yīng)用中，能節(jié)省大量線纜、槽架、連接件，減少了系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、維護(hù)時間，方便地實現(xiàn)了現(xiàn)場控制設(shè)備之間以及設(shè)備與控制管理層之間的聯(lián)系，為控制信息進(jìn)入公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。與地點無關(guān)的控制、高速通信、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、真正的可互操作性和開放性等高級功能的特征使其具有強(qiáng)大優(yōu)勢和廣闊發(fā)展前景。因此，PROFInet包含了所有重要的方面，這些方面以開放的、一致的分散自動化為特點。由于顯著地減少了用于機(jī)器及設(shè)備的組態(tài)和操作的時間和開銷，因此這些系統(tǒng)具有許多重要的優(yōu)點。 　?。?） 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)。工廠希望投資使生產(chǎn)能夠快速應(yīng)對最新的市場需求，縮短新產(chǎn)品的上市時間，這就需要根據(jù)工廠范圍內(nèi)的連續(xù)信息流，用于戰(zhàn)略決策： 從生產(chǎn)第一線，到工廠控制層，直到管理層。因此信息技術(shù)，特別是基于生產(chǎn)自動化的信息技術(shù)將成為推動生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本和企業(yè)創(chuàng)新的主要力量。 　?。?） 通過 PROFINET，實現(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)的 PROFINET，即可從公司管理層直到現(xiàn)場層實現(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 的全面支持。用戶能夠毫不費力地與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展及便捷集成。 2、目標(biāo) 　　在1999年，隨著不同領(lǐng)域IT的融合，PROFIBUS國際組織抓住了這一契機(jī)，并開始尋求開放的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。 　　目標(biāo)之一是尋找一種縱向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，一方面這種結(jié)構(gòu)允許現(xiàn)有的開放性能全面地良好地保存下來;另一方面，允許以廣泛可用的傳統(tǒng)的PROFIBUS技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)各部分之間的無縫集成。對于PROFInet，由于它提供了與各種現(xiàn)場總線的開放的接口，其開放性已有了進(jìn)一步的擴(kuò)展。這就允許所有總線的解決方案容易地集成到PROFInet系統(tǒng)中。 　　進(jìn)一步的目標(biāo)是確保具有廣泛的一致性，它使得各種層次的用戶使用同樣的機(jī)制進(jìn)行通信和協(xié)同運行。這方面既包括自動化設(shè)備間的橫向通信（自動化集成）也包括辦公室、管理和現(xiàn)場層用戶間的縱向通信（企業(yè)集成）。面向?qū)ο蟮牟考Ｐ吞峁┝诉@一方案的基礎(chǔ)。 [align=center] 圖1：具有PROFInet的工業(yè)通信[/align] 　　PROFInet方案尤其注重基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一的、工廠范圍的工程，并認(rèn)為有必要通過圖形、文本或基于腳本（script）的對象互連建立應(yīng)用，因為這使處理工具既直觀又容易。 　　PROFInet—辦公室和自動化領(lǐng)域開放的、一致的連接 　　PROFInet方案覆蓋了分散自動化系統(tǒng)的所有運行階段。它包含下列主要方面： 　　·高度分散自動化系統(tǒng)的開放對象模型（結(jié)構(gòu)模型） 　　·基于Ethernet的開放的、面向?qū)ο蟮倪\行期通信方案（功能單元間的通信關(guān)系） 　　·獨立于制造商的工程設(shè)計方案（應(yīng)用開發(fā)） 　　根據(jù)此方案，PROFIBUS國際組織現(xiàn)已開發(fā)了一種自動化解決方案，該方案不僅允許所有總線的供應(yīng)商互相連接，而且也能與較高企業(yè)層的IT直接通信。 3、對象模型 　　PROFInet的結(jié)構(gòu)方案基于微軟定義的COM對象（Component Object Model 部件對象模型）。這就允許以成品部件為基礎(chǔ)的應(yīng)用開發(fā)。 　　部件以對象的形式建立，對象通過已定義的接口進(jìn)行相互間的通信。一種COM接口具有指定數(shù)量的功能，在“接口定義語言”（IDL）中對這些功能作了描述。一個部件支持一個特定的接口（采用某些方法仔細(xì)定義的接口），這實際上就如人們所說的那樣:以部件實現(xiàn)接口（這涉及已定義接口的實現(xiàn)和它的語義（服務(wù)））。就用戶而言，COM部件只不過是一些接口的號碼。通過調(diào)用一個接口的功能，客戶可存取這類部件的服務(wù)。 　　PROFInet辨別工程系統(tǒng)中的對象（ES對象）和運行期系統(tǒng)中的對象（RT對象）。在工程設(shè)計期間，ES對象代表RT對象。ES對象的示例、互連和參數(shù)化形成了一個特定工廠的自動化解決方案的模型。使用工程模型的評估，下裝能觸發(fā)運行期軟件的生成。 　　PROFInet方案跟隨這樣一個基本思想:運行期系統(tǒng)中的每個RT對象恰恰與工程系統(tǒng)中的ES對象相對應(yīng)，這有利于工程領(lǐng)域映象到運行期領(lǐng)域，反之亦然。以這種方式，ES對象間的關(guān)系可容易地映象到相應(yīng)的RT對象間的關(guān)系。這些語句適用于設(shè)備（ES設(shè)備）和軟件（ES自動化）的典型工程。 　　在這個方案中，ES對象和RT對象被認(rèn)為是兩個不同的對象。因為第一，組態(tài)發(fā)生在運行期領(lǐng)域（設(shè)備）尚不可用的期間;第二，對象的功能不同，因為只有RT對象才能產(chǎn)生實際的自動化功能。 4、運行期通信 　　運行期通信通過COM對象的接口以基于草擬的對象模型的對象協(xié)議的形式進(jìn)行。 　　運行期模型代表一臺設(shè)備上可用的實際對象，該設(shè)備通過OLE自動化可從外部訪問這些對象的接口、方式和各個對象相互間的關(guān)系。它并不作任何關(guān)于接口實現(xiàn)的假設(shè)，因此在實現(xiàn)期間保持了最大限度的靈活性（只要對象的映象保留在設(shè)備的通信線上）。 　　運行期概念基于傳統(tǒng)的Ethernet通信機(jī)制，如TCP/IP或UDP。后來對這種基本的機(jī)制用RPC和DCOM機(jī)制進(jìn)行了加強(qiáng)。DCOM可視為用于基于RPC分布式應(yīng)用的COM技術(shù)的擴(kuò)展。作為一種選擇，現(xiàn)可采用優(yōu)化的實時通信機(jī)制用于實時時間苛求的應(yīng)用領(lǐng)域。 　　在運行期期間，PROFInet部件以DCOM對象的形式映象，這樣通過對象協(xié)議機(jī)制確保了DCOM對象的通信。自動化對象即COM對象作為PDU以DCOM協(xié)議定義的形式出現(xiàn)在通信總線上。通過“DCOM布線協(xié)議”，DCOM定義了對象的標(biāo)識和具有有關(guān)接口和參數(shù)的方法。這就可在通信總線上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的DCOM信息包的傳輸，通信總線是通過接口定義確定的。這些信息包在客戶方生成并在服務(wù)器評估和解釋。其特點在于:在服務(wù)器內(nèi)不需要有COM對象。它滿足了在總線上實現(xiàn)生成“對象幻影”（illusion of an object）的需要。 　　連接對象活動控制（ACCO）確保了已組態(tài)的互相連接的設(shè)備間通信關(guān)系的建立和數(shù)據(jù)交換。傳輸本身是由事件控制的。ACCO也負(fù)責(zé)故障后的恢復(fù)。這包括:質(zhì)量代碼和時間標(biāo)記的傳輸、連接伙伴的監(jiān)視、連接丟失后的再建立以及相互連接性的測試/診斷。 5、工程方案 　　用戶友好的PROFInet工程方案是唯一的、特定的方案，這是通過任何其它現(xiàn)場總線或新興的Ethernet解決方案所不可實現(xiàn)的自動化解決方案。 　　有了PROFInet，在PROFInet設(shè)備上運行的自動化對象，在運行期可互相通信。在工程設(shè)計過程中定義了邊界條件和通信連接。為此目的，已定義了工程對象模型，它為使用工程系統(tǒng)自動化對象（ESAutos）確定了技術(shù)框架條件。這種統(tǒng)一的基礎(chǔ)模型可使不同制造商的工程系統(tǒng)自動化對象和不同制造商的工程開發(fā)工具相結(jié)合。 　　這種工程對象模型不僅使用不同制造商部件的組態(tài)開發(fā)工具，而且還認(rèn)可制造商的規(guī)范或用面（facet）的方法進(jìn)行的面向應(yīng)用的功能擴(kuò)展。設(shè)備本身依賴于制造商的編程（部件生成）和用較高層的工程工具進(jìn)行的所安裝設(shè)備范圍內(nèi)互連（應(yīng)用組態(tài)）之間的清晰的分離可實現(xiàn)在一個工廠中集成不同制造商的產(chǎn)品。 6、具體應(yīng)用 　　目前在國內(nèi)，PROFInet的應(yīng)用還處于初級階段，只有少數(shù)的公司和單位采用PROFInet結(jié)構(gòu)布局?，F(xiàn)在，我們正嘗試在國內(nèi)某家核電裝備工廠采用PROFInet方案集成系統(tǒng)。 　　系統(tǒng)的最上層是INTERNET，工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)可以通過接口與外部網(wǎng)絡(luò)通訊聯(lián)系;中間層是PROFInet，包括工廠對于車間設(shè)備的管理控制單元或軟件;最下層則是基于PROFIBUS的現(xiàn)場總線單元，具體包括車間自動化生產(chǎn)線上的各個工段、控制器、執(zhí)行元件、現(xiàn)場設(shè)備（如傳感器、儀表）、自動化設(shè)備（如車床、銑床）等。我們可以通過PROFInet與現(xiàn)場總線的接口來監(jiān)控車間各設(shè)備的運行，達(dá)到對管理層和現(xiàn)場層流程化、理性化集成的目的。 　　具體系統(tǒng)方案如下圖所示： [align=center] 圖2：PROFInet具體應(yīng)用集成方案[/align] 　　我們已經(jīng)對該系統(tǒng)集成方案做了初步分析和論證，理論證明該方案確實可行。 7、結(jié)束語 　　本文作者創(chuàng)新點：通過對PROFInet以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的研究，將其應(yīng)用范圍由單純的通信機(jī)制向集成工業(yè)自動化方面縱向擴(kuò)展，并通過具體的實際方案分析，證明PROFInet作為一種與PROFIBUS相結(jié)合的以太網(wǎng)現(xiàn)場總線。能夠從宏觀和微觀的角度來改善對自動化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的管理和監(jiān)控，規(guī)范工業(yè)流程和生產(chǎn)秩序，在工業(yè)自動化系統(tǒng)中發(fā)揮巨大的作用。 [參考文獻(xiàn)] 　　[1]冉全，楊志方.以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用探討.微計算機(jī)信息.2002,（18）. 　　[2]李立.以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用.微計算機(jī)信息2001,（17）. 　　[3]習(xí)博,方彥軍.工業(yè)以太網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的研究.微計算機(jī)信息2005,（21）. 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