工业以太网

工业以太网在现场层面的应用已经崭露头角，虽然这与起初对这一技术的乐观预期尚存距离。接下来，以太网用户自然会期望在办公环境中所能享有的种种优势在工业现场总线解决方案中同样可得以实现。所有这些的实现还不应对以太网的开放性产生任何影响。

PROFINET是源自PROFIBUS 现场总线国际标准组织 (PI)的开放的自动化总线标准；基于工业以太网标准；使用TCP/IP 协议和 IT标准；实现自动化技术与实时以太网技术的统一；能够无缝集成其他现场总线系统。

PROFINET 可将所有工厂自动化功能甚至高性能驱动技术应用均包括在内。开放式标准可适用于工业自动化的所有相关要求：工业可兼容安装技术、简单网络管理和诊断、实时功能、通过工业以太网集成分布式现场设备以及高效的与制造商无关的工程与组态等。

PROFINET 符合已有IT标准，并支持 TCP/IP，确保了公司范围内各部门间的通信交流。现有技术或现场总线系统与该一致性基础设施在管理层面和现场层面均可集成。这样，分布式现场设备可通过PROFINET与工业以太网直接相连。设备网络结构的一致性同时可确保整个生产厂的通信一致性。

通过 PROFINET，无需任何专业知识，即可根据“PROFINET 安装指南”实现工业可兼容布线网络。对于地址分配和设备网络诊断等问题，PROFINET 使用的 IT 标准 为 DCP（Discovery and Basic Configuration）、SNMP（简单网络管理协议，Simple Network Management Protocol）、HTML 以及 XML。所有这些设备的集成为用户在试车和维修等方面提供了更高效、更经济的可能性。

 

通过实现分布式现场设备与以太网的相互联接，可以提高整个系统的协同性，从公司管理层直到现场设备均是如此。这使得以太网可适用于严峻的工业环境（高温场和杂散发射 /EMC）。此外，实时功能也是完成最新通信任务的当务之急，以太网从前并不使用这一功能。

PROFINET 支持两类实时通信，其一是工厂自动化的简单应用，其二是实时数据交换的反应时间取决于现代日常现场总线的性能。软件解决方案 RT（实时）可实现生产自动化系统所必需的 5～10 ms的时间周期。对于运动控制这一具有最大要求的领域，西门子采用了IRT同步实时的 ASIC 芯片解决方案．所谓同步实时(IRT)，即极短的反应时间，特别适用于快速的时钟同步运动控制应用的要求。在 1 ms时间周期内，实现对 100 多个轴的控制，而抖动不足 1ms时间。通过标准以太网连接的各元件之间的通信不会受到影响。

根据 Profidrive 通信行规，可实现运动控制系统和驱动间的通信功能，与生产商无关，而不受总线系统的影响，PROFINET 或 PROFIBUS 均可实现。

随着两年前 Profisafe 上市，在同一总线即 PROFIBUS 总线上同时实现标准应用和安全相关应用的技术已经确立。这些安全相关应用两年内也将在 PROFINET 下成为现实。根据 Profisafe 安全行规，PROFINET 可确保完美的安全性，可用于标准和故障安全应用。

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PROFINET 将 PROFIBUS 和其他现场总线集成为一种通用的通讯概念，并且通过基于组件的自动化技术 (CBA)，还可实现一种统一的面对未来的设计概念。这样，工厂各组件可作为独立模块预先组装测试，之后在整个系统中轻松组装，或在其他项目中重复使用。根据 PROFINET 标准设计的一款最新设计软件可实现一项关键功能，即通过图形组态替代以往自动化设备和智能现场设备之间必要的通信编程环节。西门子的 Simatic iMap 即可提供这样的软件。

基于组件的自动化是基于“组件”原理实现的。所谓“组件”就是实现基于开放标准的模块化、分布式应用的一种统一的软件结构。具体讲，就是将机械组件、电力电子器件和用户程序也就是一个具有独立工作能力的工艺模块抽象成一个可以反复使用的“组件封装”。组件可以独立运行，并且可以方便地与其他组件交换数据。

(1)PROFINET 组件模型

        这些系统通常由几个子单元组成，这些子单元作为工艺模块 自治地运行，通过可管理的一系列同步化、顺序控制和信息交换信号协调它们的交互作用。PROFINET 组件模型使用这样的技术模块作为其基础。这些技术模块是下列几方面的结合：机械、电子和用户程序，即属于一个智能功能单元的那些部分。

        PROFINET使用了已成功应用于IT 领域的组件技术，也就是将一个工艺模块的全部功能封装在一个有关的软件组件内。对这样一种组件建模为一个对象，并视其为一个黑匣子。

        为了与分布式系统内的其他组件进行通信，定义了对外部的工艺模块接口。在此接口上，只可存取需要与其他组件发生交互作用的那些变量。在系统的工程设计阶段，这些组件和它们的设备之间的通信关系由其接口和一个专用的应用程序之间的组态连接进行定义。以这些方式设计的一个分布式自动化系统是成套装备和机器模块化的前提，从而可重复使用该成套装备和机器的组件。很显然，这样就可以大幅度地降低工程设计成本。

(2)PROFINET 工程设计

         工程设计模型分为：编程各个工艺模块的控制逻辑以及整个系统的工艺组态。分3个阶段创建系统范围的应用程序。

        1）创建组件 机器或设备的制造商创建组件（作为工艺模块的通信封装）。与以前一样，采用有关的制造商专用的工具对这些组件进行编程和组态。这样，就可继续使用现有的用户程序，编程和维护人员可继续发挥他们已有的技能。最后，以PROFINET组件的形式封装用户软件，并以XML文件的形式创建了组件描述，在PROFINET协议中对该文件的格式做了规定。这些组件描述输入到连接编辑器的组件库内。

        2）互连组件 使用PROFINET 连接编辑器i-Map，只需点击鼠标就可以将已创建的PROFINET 组件从库内取出，并将它们互连以应用。应用简单的图形组态，连接代替了以前费时的通信关系的编程。连接编辑器将贯穿整个系统的各个分布式应用进行互连。它独立于任何制造商工作，并可组态任何厂家的PROFINET组件。

        3）下载连接数据 将这些组件连接后，点击鼠标就可将连接数据、代码以及这些组件的组态数据下载到PROFINET 设备。因此，每台设备都熟悉其所有的通信伙伴、通信关系和可交换的信息。从而可执行该分布式应用。

(3)现场总线的集成

        市场对PROFINET 的认可取决于现有的现场总线安装设备能否容易地通过PROFINET扩展。对于系统的用户而言，可以完全透明地将现有的组件转变为新安装的组件。现场总线系统（例如PROFIBUS）的集成可采用两种形式：

        1）通过代理服务器进行现场总线设备的集成：每台现场设备代表一个独立的PROFINET组件。

        2）现场总线应用的集成：一个现场总线段代表一个独立的PROFINET 组件，该组件（例如一个控制器）的代表包括PROFINET接口连接。因此，可提供以太网上实现现场总线的设备和应用的全部功能。

       尽管PROFINET在概念上不同于像PROFIBUS那样的现场总线系统，但是它已经成功地定义了从现场总线向以太网的全透明网络转换策略。可在基于PROFINET的系统中使用其PROFIBUS产品，而不必做任何更改。这对保护投资非常成功，无论对设备的制造商还是对成套装置或机器的生产商都是如此。