1  引言

    PROFINET最早由西門(mén)子公司于2001年提出，涵蓋了包括實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò )安全等當前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話(huà)題，PROFINET可以完全兼容標準以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，透明地集成各種現場(chǎng)總線(xiàn)（例如PROFIBUS）技術(shù)，有效的保護用戶(hù)投資。作為新一代開(kāi)放的工業(yè)以太網(wǎng)標準，PROFINET為建立離散控制、分布式智能控制、運動(dòng)控制、過(guò)程控制、安全系統、MES的統一平臺提供了可能，并將最終改變工業(yè)自動(dòng)化的面貌。

2   PROFINET CBA

    工業(yè)自動(dòng)化的最終目的永遠是提高生產(chǎn)力，降低成本。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展成熟，設備的智能化程度越來(lái)越高，這導致兩個(gè)突出的現象：

    (1)  工業(yè)自動(dòng)化系統的規模越來(lái)越大。隨著(zhù)工業(yè)設備智能化程度的不斷提高，越來(lái)越多的子系統和現場(chǎng)設備被納入到整個(gè)控制系統中，自動(dòng)化系統的規模從生產(chǎn)線(xiàn)級、車(chē)間級直到工廠(chǎng)級，在某些行業(yè)當中，集團級的自動(dòng)化也開(kāi)始成為現實(shí)。

   (2)  工業(yè)自動(dòng)化系統的分散程度也隨之提高。隨著(zhù)芯片技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的智能集中于一塊小小的芯片上，導致控制系統的分散程度愈來(lái)愈高，因此，各分散系統之間的整合在自動(dòng)化系統中扮演的角色變得越來(lái)越重要。

    由此可見(jiàn)，隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統在完成了集中式自動(dòng)化到分散式自動(dòng)化的演變后，正在大踏步的邁向下一個(gè)階梯―分布式自動(dòng)化。
 
    PROFINET CBA（Component Based Automation，基于組件的自動(dòng)化）技術(shù)正是在這樣一個(gè)背景下誕生的新技術(shù)。在基于PROFINET通訊技術(shù)構建的CBA架構中，工廠(chǎng)中的相關(guān)的機械部件、電氣/電子部件和應用軟件等具有獨立工作能力的工藝模塊抽象成為一個(gè)封裝好的組件，各組件間使用PROFINET連接。通過(guò)SIMATIC iMap軟件，即可用圖形化組態(tài)的方式實(shí)現各組件間的通訊配置，不需要另外編程，大大簡(jiǎn)化了系統的配置及調試過(guò)程。

    通過(guò)模塊化這一成功理念，可以顯著(zhù)降低機器和工廠(chǎng)建設中的組態(tài)與上線(xiàn)調試時(shí)間。在使用分布式智能系統或可編程現場(chǎng)設備、驅動(dòng)系統和I/O時(shí)，還可以擴展使用模塊化理念，從機械應用擴展到自動(dòng)化解決方案。另外，也可以將一條生產(chǎn)線(xiàn)的單個(gè)機器作為生產(chǎn)線(xiàn)或過(guò)程中的一個(gè)“標準模塊”進(jìn)行定義。作為設備與工廠(chǎng)設計者，工藝模塊化能夠更容易、更好地對用戶(hù)的設備與系統進(jìn)行標準化和再利用。使用戶(hù)能夠對不同的客戶(hù)要求更快、更具靈活性地作出反應，并可以對各臺設備和廠(chǎng)區提前進(jìn)行預先測試―極大地縮短系統上線(xiàn)調試階段。作為系統操作者，從現場(chǎng)設備到管理層，用戶(hù)都可以從IT標準的通用通訊中獲得好處。對現有系統進(jìn)行擴展也很容易。

    在現有的自動(dòng)化系統中，生產(chǎn)線(xiàn)的子系統可分別由不同的供應商實(shí)現，但為了實(shí)現整個(gè)系統的調試，只能在所有機械部件，包括控制系統運送到工廠(chǎng)后才能進(jìn)行在線(xiàn)調試。如果各系統模塊不能提前就位，整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)或設備的運轉就要相應推遲。模塊不能同時(shí)調試，因為不同的調試工程師不能在中央控制系統上并行工作。

   為了解決這個(gè)問(wèn)題，西門(mén)子公司提出了基于組件的自動(dòng)化(CBA)的概念。將確定的功能模塊打包成為標準的組件，并為組件定義標準的接口，以實(shí)現組件間的標準通訊。例如，在圖1所示的系統中，將機械設備、電氣/電子器件和用戶(hù)程序（軟件）打包為一個(gè)獨立的技術(shù)功能模塊，即一個(gè)獨立的組件。

圖1  自動(dòng)化系統中的CBA組件

    在CBA的組態(tài)工具iMap中，組件即顯示為圖1右側所示的軟件模塊。完成打包之后，該打包好的模塊就可以按照搭積木原理輕松組合和再利用。對于自動(dòng)化中的應用，采用Microsoft部件模型COM/DCOM，因為這是在PC領(lǐng)域中最廣泛使用的數據與通訊模型。它確定了不同設備軟件部件間數據交換的協(xié)議。

    同時(shí)，由于模塊使用了標準的接口，這使得各個(gè)模塊之間的連接變得極為簡(jiǎn)單。在部件技術(shù)中，一個(gè)技術(shù)功能模塊的整個(gè)功能模塊是由機械和電氣單元及控制程序組成的單元，以軟件部件的形式來(lái)表現。對部件接口的訪(fǎng)問(wèn)是標準化的或統一定義的。只有那些需要與其它部件相互作用或用于診斷、顯示、連接到制造執行系統的變量在接口處可得。這樣不同的部件可象模塊一樣組合，完全獨立于其內部程序。

3  使用PROFINET CBA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

    (1)  組件技術(shù)

    基于組件的自動(dòng)化是全集成自動(dòng)化的新概念，進(jìn)行通訊更加容易?；诮M件的自動(dòng)化利用已在IT界確立的軟件部件技術(shù)優(yōu)勢將基本原理傳遞給自動(dòng)化應用。用戶(hù)軟件可以這樣利用搭積木原理進(jìn)行結合并更好地再利用。

    (2) 系統范圍內的工程與組態(tài)

    從更高的、技術(shù)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，設備和子系統更好地結合了。這樣可以在多臺設備間進(jìn)行一條生產(chǎn)線(xiàn)或整個(gè)工廠(chǎng)的橫向集成。

圖2  跨供應商的PROFINET CBA系統

    (3)  通訊組態(tài)代替編程

    用戶(hù)不需要再煩瑣地對智能設備間的通訊關(guān)系進(jìn)行編程，而只需簡(jiǎn)單適用圖形化的組態(tài)界面就可以實(shí)現整個(gè)系統的通訊。

    (4)  從公司管理層直到過(guò)程層的直接數據訪(fǎng)問(wèn)

    IT通訊標準在自動(dòng)化中的應用使公司所有層級都可以直接訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程數據。簡(jiǎn)化了自動(dòng)化級到MES（制造執行系統）級的連接。

    (5)  基于標準

    基于部件的自動(dòng)化采用PROFINET標準，是運用基于組件的自動(dòng)化，用戶(hù)甚至可以使用其它設備的組件而無(wú)需附加成本。

CBA技術(shù)基于新的PROFINET標準，大大簡(jiǎn)化了模塊化的設備與工廠(chǎng)建設。這一新概念用整個(gè)系統的技術(shù)觀(guān)點(diǎn)提供了跨供應商的工程方法。因為組件和通訊接口都是標準的，因此，使用CBA技術(shù)可以真正實(shí)現跨供應商的完整系統。如圖2所示。

    因此，使用PROFINET CBA技術(shù)的用戶(hù)在構建自己的自動(dòng)化系統時(shí)，可以獲得極大的方便，不同類(lèi)型的用戶(hù)都能夠受益。

    對系統集成商或OEM設備提供商：

    ?  將全部功能劃分為可管理的小應用；
    ?  由于各設備單元或模塊可以提前預測試和調試，加快了系統上線(xiàn)調試；
    ?  用戶(hù)軟件容易再利用；
    ?  由于客戶(hù)指定的設備/工廠(chǎng)可以從各種標準庫模塊快速組態(tài)，設備/工廠(chǎng)標準化了；
    ?  可以徹底縮短項目完成時(shí)間。而且各設備單元/模塊可以由不同的廠(chǎng)商預制并運送到工廠(chǎng)。

    對作為終端用戶(hù)的工廠(chǎng)運營(yíng)者：

    ?  通過(guò)從現場(chǎng)級到管理層的直接數據訪(fǎng)問(wèn)使過(guò)程優(yōu)化；
    ?  采用IT標準更容易將自動(dòng)化數據集成到全公司IT環(huán)境中去；
    ?  用部件技術(shù)更容易擴展現有工廠(chǎng)；
    ?  工廠(chǎng)擴展更易于集成到現有IT環(huán)境中去；
    ?  由于模塊自治運行，提高了可用性；
    ?  全生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)自不同廠(chǎng)商的設備更容易集成。

    PROFINET CBA技術(shù)的出現，將影響未來(lái)工廠(chǎng)自動(dòng)化系統的架構設計和實(shí)施方式，最終實(shí)現幫助用戶(hù)提高生產(chǎn)力、降低成本的目標。