前言:

    代表全世界1200多家會(huì )員公司的PROFIBUS 國際組織宣布，截止2003年底，工廠(chǎng)和過(guò)程自動(dòng)化應用系統所安裝的PROFIBUS節點(diǎn)設備已經(jīng)歷史性地突破了1千萬(wàn)，比其它任何現場(chǎng)總線(xiàn)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(dòng)化解決方案。該技術(shù)為當前的用戶(hù)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略性的技術(shù)創(chuàng )新，它不僅能為PROFIBUS，而且能為其它現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統提供以太網(wǎng)移植服務(wù)。

工業(yè)自動(dòng)化的新前景

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

    自動(dòng)化技術(shù)從其創(chuàng )立以來(lái)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 )新是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的使用。它使得自動(dòng)化系統從集中化控制轉向分散化控制。隨著(zhù)工廠(chǎng)縱向集成的顯著(zhù)增長(cháng)，工業(yè)通信在現代自動(dòng)化領(lǐng)域的地位更是舉足輕重。

    當今自動(dòng)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）、其原理和標準的重大影響。以太網(wǎng)在辦公領(lǐng)域早已成熟應用，并成為標準的總線(xiàn)系統。由于為市場(chǎng)廣泛接受，對以太網(wǎng)的開(kāi)發(fā)（如傳輸率的提高）從沒(méi)有停止過(guò)。自動(dòng)化領(lǐng)域中集成信息技術(shù)開(kāi)辟了自動(dòng)化系統之間全局數據通信的可行性，也使基于以太網(wǎng)的通信標準PROFINET成為可能。開(kāi)放標準而不是專(zhuān)用解決方案的使用保證了長(cháng)遠的兼容性和擴展性，也就是保護了投資。這一點(diǎn)是PROFIBUS國際組織非常重要的考慮方面。 

通過(guò) PROFINET，實(shí)現創(chuàng )新的工業(yè)以太網(wǎng)標準

    采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開(kāi)放式、跨供應商標準 PROFINET，即可從公司管理層直到現場(chǎng)層實(shí)現直接、透明的訪(fǎng)問(wèn)。PROFINET，基于現有成熟IT標準，并提供對TCP/IP的絕對支持。

    將來(lái)采用PROFINET,能夠毫不費力地與現有系統進(jìn)行擴展及便捷集成。PROFINET可以保證對現有系統投資的高度保護，并使工廠(chǎng)擁有創(chuàng )新標準的優(yōu)越性，不管是現在，還是未來(lái)。

PROFINET：適用于每一需求的解決方案

    工業(yè)設備的工程與組態(tài)、實(shí)時(shí)能力、分布式現場(chǎng)設備的集成、同步運動(dòng)控制應用、簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理與診斷、防止未授權訪(fǎng)問(wèn)、高效、跨供應商的工程與組態(tài)，以及高度的機器及工廠(chǎng)可用性――所有這些需求都可由PROFINET這一開(kāi)放式、跨供應商的標準來(lái)實(shí)現。

PROFINET實(shí)時(shí)通信功能的實(shí)現

在PROFINET標準中，根據不同的應用場(chǎng)合，PROFINET支持以下三種通信方式。如圖所示：
    1，使用TCP/IP 的標準通信
    PROFINET 使用以太網(wǎng)和TCP/IP 協(xié)議作為通信基礎。TCP/IP 是IT 領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實(shí)上的標準。但是，對于不同應用的互操作性而言，這還不足以在現場(chǎng)設備上建立一個(gè)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，用于以太網(wǎng)設備通過(guò)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)行數據交換。在較高層上則需要其它的規范和協(xié)議（亦稱(chēng)為應用層協(xié)議），而不是TCP或UDP。那么，在設備上使用相同的應用層協(xié)議時(shí)，只能保證互操作性。典型的應用層協(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 )中數據的傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。按照IEEE802.1q 將這些信息包區分為優(yōu)先級。設備之間的數據流由網(wǎng)絡(luò )部件根據此優(yōu)先級進(jìn)行控制。

    3，同步實(shí)時(shí)（IRT）通信
    PROFINET 被設計可用于高性能的同步運動(dòng)控制應用。然而，對上述響應時(shí)間在5-10ms的 實(shí)時(shí)通信將不足以滿(mǎn)足伺服運動(dòng)控制場(chǎng)合的需求。伺服運動(dòng)控制場(chǎng)合是指在100個(gè)節點(diǎn)下，響應時(shí)間低于1ms，同步傳送和抖動(dòng)小于1μs。PROFINET的同步實(shí)時(shí)IRT功能是在Layer2上由內嵌的ERTEC同步實(shí)時(shí)交換芯片提供的。按照PROFIBUS國際組織提供的數據，PROFINET在同步實(shí)時(shí)（IRT）通信方式下應用在同步運動(dòng)控制場(chǎng)合，其性能比目前的現場(chǎng)總線(xiàn)方案要提升100倍 。

    在一個(gè)周期內通過(guò)分隔時(shí)間域來(lái)傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數據。循環(huán)實(shí)時(shí)報文通過(guò)確定性通道(IRT Channel)來(lái)傳遞；而TCP/IP報文則通過(guò)標準通道(OPEN Channel)來(lái)傳遞。這可用高速公路來(lái)舉例做形象比喻。在高速公路上，我們預留左車(chē)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(gè)車(chē)道。這樣一來(lái)甚至當右車(chē)道發(fā)生通信堵塞的情況下，也不會(huì )影響到左車(chē)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據傳遞下保持足夠高的時(shí)間確定性；同時(shí)，可緩解PROFINET設備上處理器的通信任務(wù)。剩余的處理能力可用在自動(dòng)控制任務(wù)的開(kāi)銷(xiāo)上。

PROFINET與分布式現場(chǎng)設備（PROFINET I/O）

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

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

PROFINET及運動(dòng)控制系統確了最高的性能等級

    采用PROFINET，能夠輕松實(shí)現極為快速的同步驅動(dòng)控制系統，用于高性能的運動(dòng)控制應用。優(yōu)點(diǎn)：與當今解決方案和采用TCP/IP通訊的系統相比，將是巨大飛躍。PROFINET設備中集成的同步實(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(dòng)化系統結構的實(shí)現上打開(kāi)了新的前景：全廠(chǎng)工程的徹底模塊化，即基于組件的自動(dòng)化（CBA）：智能模塊，包括機械部件、電氣/電子部件和應用軟件，為預測試設計，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)現網(wǎng)絡(luò )安裝

    PROFINET使你可以安裝網(wǎng)絡(luò )而不需要專(zhuān)家的知識。除星形接線(xiàn)外，PROFINET還支持總線(xiàn)和環(huán)形結構，因此使接線(xiàn)費用最小化，并保證高度的可用性。特別設計的工業(yè)電纜和耐用連接器滿(mǎn)足EMC和溫度要求，并且在PROFINET框架內形成標準化。這樣保證了與不同制造商設備之間的兼容性?！禤ROFINET安裝指南》作為網(wǎng)絡(luò )安裝的指導手冊，保證了簡(jiǎn)單的機器與工廠(chǎng)調試過(guò)程。

PROFINET――IT標準與安全

    PROFINET提供有所有必要功能，采用業(yè)已驗證的標準IT技術(shù)外（如http、HTML、SNMP、DHCP和XML），優(yōu)化組態(tài)和診斷PROFINET設備與網(wǎng)絡(luò )。這些服務(wù)在PROFINET中的集成意味著(zhù)調試和維護中的成本的節省。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)數據進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)。

    近年來(lái)，在數據與通訊技術(shù)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò )安全的重要性迅速提高。安全意味著(zhù)防止系統破壞和對敏感數據未授權訪(fǎng)問(wèn)的保護。PROFINET已經(jīng)有一個(gè)集成的安全概念，可以使自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )的安全風(fēng)險最小化，不會(huì )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(mǎn)足對人員、設備和環(huán)境的全面安全概念的需要。借助于故障安全通信的標準行規PROFIsafe，PROFINET既可用于標準應用，也可用于故障安全應用，一種處處可用的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )。直接可編程的安全邏輯采用標準工具來(lái)簡(jiǎn)化調試與編程。

PROFINET與過(guò)程自動(dòng)化應用

    過(guò)程自動(dòng)控制的需求將融入PROFINET標準，PROFINET不單設計可應用于工廠(chǎng)自動(dòng)化場(chǎng)合，同時(shí)面對過(guò)程自動(dòng)化應用。工業(yè)界針對工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)供電，及以太網(wǎng)應用在本質(zhì)安全區域的問(wèn)題的討論正在形成標準或解決方案。PROFIBUS國際組織計劃在2006年的時(shí)候會(huì )提出PROFINET進(jìn)入過(guò)程自動(dòng)化現場(chǎng)級應用的方案。
PROFINET可以通過(guò)代理服務(wù)器技術(shù)無(wú)縫集成現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS和其它的總線(xiàn)標準。今天，PROFIBUS是目前世界范圍內唯一可覆蓋從工廠(chǎng)自動(dòng)化場(chǎng)合到過(guò)程自動(dòng)化應用的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。PROFINET集成PROFIBUS的現場(chǎng)總線(xiàn)解決方案是用于過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的完美體驗。

前進(jìn)中的PROFINET

    客戶(hù)需要的是一個(gè)整體的總線(xiàn)系統。PROFINET作為最新一代的工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)系統，正在以前所未有的速度進(jìn)入現場(chǎng)級的應用。PROFIBUS國際組織的成員公司在2004年的漢諾威展覽會(huì )上推出了大量的帶有PROFINET借口的設備。例如：西門(mén)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、ET200S現場(chǎng)分布式I/O產(chǎn)品家族的設備。

    同時(shí)現有的PROFIBUS設備也可集成到PROFINET解決方案中。豐富的有源和無(wú)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(wú)線(xiàn)通訊選件，使得PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)系統的應用更加完美。