西门子自动化与驱动集团自动化系统部

前言:

    代表全世界1200多家会员公司的PROFIBUS 国际组织宣布，截止2003年底，工厂和过程自动化应用系统所安装的PROFIBUS节点设备已经历史性地突破了1千万，比其它任何现场总线解决方案高出许多。随后，该组织推出了基于实时工业以太网的PROFINET自动化解决方案。该技术为当前的用户提供了一套完整高性能可伸缩的升级至工业以太网平台的解决方案。PROFINET是一项重大的并具有战略性的技术创新，它不仅能为PROFIBUS，而且能为其它现场总线网络系统提供以太网移植服务。

工业自动化的新前景

    有效提高工厂生产力始终是永恒的目标。并且希望投资使生产能够快速应对最新的市场需求，缩短上市时效。这就需要根据公司范围内的连续信息流，用于战略决策：从生产第一步，到工厂控制层，直到公司管理层。

    自动化技术从其创立以来就一直处于不断发展的进程之中。在通信方面的一大创新是现场总线技术的使用。它使得自动化系统从集中化控制转向分散化控制。随着工厂纵向集成的显著增长，工业通信在现代自动化领域的地位更是举足轻重。

    当今自动化技术的发展正日益受到另一种技术― 信息技术（IT）、其原理和标准的重大影响。以太网在办公领域早已成熟应用，并成为标准的总线系统。由于为市场广泛接受，对以太网的开发（如传输率的提高）从没有停止过。自动化领域中集成信息技术开辟了自动化系统之间全局数据通信的可行性，也使基于以太网的通信标准PROFINET成为可能。开放标准而不是专用解决方案的使用保证了长远的兼容性和扩展性，也就是保护了投资。这一点是PROFIBUS国际组织非常重要的考虑方面。 

通过 PROFINET，实现创新的工业以太网标准

    采用基于工业以太网的开放式、跨供应商标准 PROFINET，即可从公司管理层直到现场层实现直接、透明的访问。PROFINET，基于现有成熟IT标准，并提供对TCP/IP的绝对支持。

    将来采用PROFINET,能够毫不费力地与现有系统进行扩展及便捷集成。PROFINET可以保证对现有系统投资的高度保护，并使工厂拥有创新标准的优越性，不管是现在，还是未来。

PROFINET：适用于每一需求的解决方案

    工业设备的工程与组态、实时能力、分布式现场设备的集成、同步运动控制应用、简单网络管理与诊断、防止未授权访问、高效、跨供应商的工程与组态，以及高度的机器及工厂可用性――所有这些需求都可由PROFINET这一开放式、跨供应商的标准来实现。

PROFINET实时通信功能的实现

在PROFINET标准中，根据不同的应用场合，PROFINET支持以下三种通信方式。如图所示：
    1，使用TCP/IP 的标准通信
    PROFINET 使用以太网和TCP/IP 协议作为通信基础。TCP/IP 是IT 领域关于通信协议方面事实上的标准。但是，对于不同应用的互操作性而言，这还不足以在现场设备上建立一个基于TCP/UDP 的公共的通信通道（Layer4）。事实是，TCP/IP 只提供了基础，用于以太网设备通过面向连接和安全的传输通道在本地和分布式网络中进行数据交换。在较高层上则需要其它的规范和协议（亦称为应用层协议），而不是TCP或UDP。那么，在设备上使用相同的应用层协议时，只能保证互操作性。典型的应用层协议有：例如SNMP，DHCP和HTTP。

    PROFINET 中，不仅最小化了可编程控制器中的通信栈，而且也对网络中数据的传输进行了优化。按照IEEE802.1q 将这些信息包区分为优先级。设备之间的数据流由网络部件根据此优先级进行控制。

    3，同步实时（IRT）通信
    PROFINET 被设计可用于高性能的同步运动控制应用。然而，对上述响应时间在5-10ms的 实时通信将不足以满足伺服运动控制场合的需求。伺服运动控制场合是指在100个节点下，响应时间低于1ms，同步传送和抖动小于1μs。PROFINET的同步实时IRT功能是在Layer2上由内嵌的ERTEC同步实时交换芯片提供的。按照PROFIBUS国际组织提供的数据，PROFINET在同步实时（IRT）通信方式下应用在同步运动控制场合，其性能比目前的现场总线方案要提升100倍 。

    在一个周期内通过分隔时间域来传输实时和非实时数据。循环实时报文通过确定性通道(IRT Channel)来传递；而TCP/IP报文则通过标准通道(OPEN Channel)来传递。这可用高速公路来举例做形象比喻。在高速公路上，我们预留左车道用于实时通信传递；并而禁止其它的公路使用者（TCP/IP通信）切换到这个车道。这样一来甚至当右车道发生通信堵塞的情况下，也不会影响到左车道的实时通信传递。

    这种基于硬件的同步实时（IRT）通信解决方案能够在保证大量数据传递下保持足够高的时间确定性；同时，可缓解PROFINET设备上处理器的通信任务。剩余的处理能力可用在自动控制任务的开销上。

PROFINET与分布式现场设备（PROFINET I/O）

    分布式现场设备采用PROFINET接口，即直接连接以太网上的现场设备，并与控制器进行高速数据交换。PROFINET是用于智能现场设备和可编程序控制器最理想的模型。在PROFINET中通过PROFIBUS-DP 中常用的I/O 视图描述简单的现场设备。因此，分布式外围设备也集成在PROFINET中。这种集成最重要的特点是使用在PLC 应用程序内处理的带有输入/输出数据的分布式现场设备。

    同时，通过对PROFIBUS设备的透明集成，PROFIBUS各种丰富的设备诊断功能同样也适用于PROFINET。

PROFINET及运动控制系统确了最高的性能等级

    采用PROFINET，能够轻松实现极为快速的同步驱动控制系统，用于高性能的运动控制应用。优点：与当今解决方案和采用TCP/IP通讯的系统相比，将是巨大飞跃。PROFINET设备中集成的同步实时（IRT）功能是高性能的有力保证。

PROFINET与分布式智能

    PROFINET在分布式自动化系统结构的实现上打开了新的前景：全厂工程的彻底模块化，即基于组件的自动化（CBA）：智能模块，包括机械部件、电气/电子部件和应用软件，为预测试设计，交付即用。使用SIMATIC iMap软件，可以用图形化方式组PROFINET和PROFIBUS上模块之间的关系。界面友好，不需要另外编程。

使用PROFINET，轻松实现网络安装

    PROFINET使你可以安装网络而不需要专家的知识。除星形接线外，PROFINET还支持总线和环形结构，因此使接线费用最小化，并保证高度的可用性。特别设计的工业电缆和耐用连接器满足EMC和温度要求，并且在PROFINET框架内形成标准化。这样保证了与不同制造商设备之间的兼容性。《PROFINET安装指南》作为网络安装的指导手册，保证了简单的机器与工厂调试过程。

PROFINET――IT标准与安全

    PROFINET提供有所有必要功能，采用业已验证的标准IT技术外（如http、HTML、SNMP、DHCP和XML），优化组态和诊断PROFINET设备与网络。这些服务在PROFINET中的集成意味着调试和维护中的成本的节省。另外，在需要的任何时候，你可以从世界上任一地点对所有相关数据进行互联网访问。

    近年来，在数据与通讯技术领域，网络安全的重要性迅速提高。安全意味着防止系统破坏和对敏感数据未授权访问的保护。PROFINET已经有一个集成的安全概念，可以使自动化网络的安全风险最小化，不会对生产造成不必要的影响。

具有集成的故障安全功能的PROFINET

    PROFINET还满足对人员、设备和环境的全面安全概念的需要。借助于故障安全通信的标准行规PROFIsafe，PROFINET既可用于标准应用，也可用于故障安全应用，一种处处可用的简单网络。直接可编程的安全逻辑采用标准工具来简化调试与编程。

PROFINET与过程自动化应用

    过程自动控制的需求将融入PROFINET标准，PROFINET不单设计可应用于工厂自动化场合，同时面对过程自动化应用。工业界针对工业以太网总线供电，及以太网应用在本质安全区域的问题的讨论正在形成标准或解决方案。PROFIBUS国际组织计划在2006年的时候会提出PROFINET进入过程自动化现场级应用的方案。
PROFINET可以通过代理服务器技术无缝集成现场总线PROFIBUS和其它的总线标准。今天，PROFIBUS是目前世界范围内唯一可覆盖从工厂自动化场合到过程自动化应用的现场总线标准。PROFINET集成PROFIBUS的现场总线解决方案是用于过程自动化领域的完美体验。

前进中的PROFINET

    客户需要的是一个整体的总线系统。PROFINET作为最新一代的工业以太网总线系统，正在以前所未有的速度进入现场级的应用。PROFIBUS国际组织的成员公司在2004年的汉诺威展览会上推出了大量的带有PROFINET借口的设备。例如：西门子推出大量带有PROFINET接口系列产品，包括SIMATIC S7-300和S7-400 PLC、SCALANCE系列光纤交换机、ET200S现场分布式I/O产品家族的设备。

    同时现有的PROFIBUS设备也可集成到PROFINET解决方案中。丰富的有源和无源网络部件、创建安全工业以太网的安全产品以及具有工业WLAN功能的无线通讯选件，使得PROFINET工业以太网总线系统的应用更加完美。