工業(yè)控制的升級(jí)從Profibus到Profinet

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和PLC技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)場(chǎng)所用設(shè)備的智能程度需求，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的分散程度也也在逐年提高，這無疑使得分散控制系統(tǒng)向分布控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。因此，基于組件的自動(dòng)化成為新興的趨勢(shì)，Profibus的控制系統(tǒng)已經(jīng)無法更好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)需求，而Profinet控制系統(tǒng)以一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提出解決方案。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；Profibus；Profinet

1 Profibus總線簡(jiǎn)介

Profibus作為一種基于自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)-數(shù)據(jù)通訊與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散控制和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊，繼而實(shí)現(xiàn)廠級(jí)綜合自動(dòng)化與現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和之間的可靠控制。

在80年代末人們開始開發(fā)Profibus總線技術(shù)。而Profibus是由三個(gè)兼容部分組成，即DP、PA、FMS。

1.1 Profibus總線的應(yīng)用領(lǐng)域

Profibus的三個(gè)部分均使用統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，但可以應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。

DP是專門為自動(dòng)化控制系統(tǒng)與在設(shè)備級(jí)分布式I/O之間進(jìn)行通信所用的；

PA則為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)的；

FMS是來解決車間級(jí)通用性任務(wù)，適用于大范圍和較復(fù)雜的通信系統(tǒng)。

1.2 Profibus總線的技術(shù)特性

DP/FMS系統(tǒng)采用RS-485傳輸技術(shù)，可以多結(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈線性，兩端均設(shè)立有源的終端電阻；傳輸速率可達(dá)到9600 bit/s～12M bit/s；傳輸距離為100m～1200m，使用中繼器可達(dá)到4.8km；站點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，使用中繼器可達(dá)127個(gè)；通常主-主結(jié)構(gòu)采用Profibus-FMS系統(tǒng)，而主-從結(jié)構(gòu)采用DP系統(tǒng)即：主站之間帶有令牌傳遞的多主站的主-從系統(tǒng)。

為滿足化工和石油化工業(yè)的要求，PA系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)IEC1158-2的傳輸技術(shù)。通過總線方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行供電，并保持其本征安全性。

2 Profinet總線簡(jiǎn)介

現(xiàn)如今實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的分布化控制、現(xiàn)場(chǎng)故障安全及網(wǎng)絡(luò)安全等問題已成為當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱門話題，Profinet能夠在各種不同場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用，針對(duì)不同的控制要求提供不同的解決方案，其功能主要有8個(gè)組成部分：IT行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、實(shí)時(shí)通信協(xié)議、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布化、運(yùn)動(dòng)控制要求、

分布式自動(dòng)化、安裝網(wǎng)絡(luò)、故障安全和過程自動(dòng)化。簡(jiǎn)單地概括為：Profinet公式：Profinet= Profibus + 具有Profibus 和IT 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 的開放、一致的通信協(xié)議+獨(dú)立于制造商的工程模型+通過開放對(duì)象模型的分散自動(dòng)化。可以說Profinet為自動(dòng)化在通信領(lǐng)域上提供了一個(gè)完整而又高性能還可以升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

2.1 Profinet的通訊方式

因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間的不同，因此Profinet支持下列三種通訊方式：

1）TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊方式，當(dāng)Profinet是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)時(shí)會(huì)采用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP 是IT 領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，其響應(yīng)時(shí)間大概在100 ms的量級(jí)，因此適用于工廠級(jí)控制；

2）實(shí)時(shí)（RT）通訊方式，其響應(yīng)時(shí)間是5～10ms的量級(jí)，適用于系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求更為嚴(yán)格的環(huán)境；

3）同步實(shí)時(shí)（IRT）通訊方式，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊，在通訊實(shí)時(shí)性上具有較高的是運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control）要求，Profinet的同步實(shí)時(shí)技術(shù)能夠滿足高速通訊需求的運(yùn)動(dòng)控制要求，在100個(gè)節(jié)點(diǎn)下，其響應(yīng)時(shí)間甚至能夠小于1ms，而抖動(dòng)誤差要小于1μs，以此來保證實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)。

2.2 Profinet的特性及優(yōu)勢(shì)

Profinet是開放的、實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，其RT甚至可以在1ms內(nèi)刷新64個(gè)I/O點(diǎn)及設(shè)備，其IRT可以在1ms內(nèi)同步150個(gè)軸，且抖動(dòng)精度小于1us。I/O控制器可以最多可以連接256個(gè)I/O設(shè)備，當(dāng)然其對(duì)于整個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則是無限制的。由于它的開放性，在通訊過程中TCP/IP等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能夠在不同的總線上進(jìn)行傳輸，這樣可以同時(shí)應(yīng)用IT等服務(wù)，包括Web， Email等等。在節(jié)點(diǎn)方面安裝簡(jiǎn)單，直接連接到交換機(jī)即可，方便辦公室網(wǎng)絡(luò)增加或減少設(shè)備。也可以無縫集成已有的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，例如Profibus，ASi，Interbus等。Profinet同時(shí)支持故障安全系統(tǒng)，通過ProfiSafe行規(guī)進(jìn)行安全節(jié)點(diǎn)間的通訊。

3 Profibus和Profinet總線的比較

Profinet最突出的特點(diǎn)是它的實(shí)時(shí)性，從過程自動(dòng)化到工廠自動(dòng)化再到分布式運(yùn)動(dòng)控制，針對(duì)不同的控制要求能夠?qū)崿F(xiàn)不同的工藝控制。Profibus也能夠?qū)崿F(xiàn)上述的功能，但是在實(shí)時(shí)性較高的一些場(chǎng)合，尤其是在運(yùn)動(dòng)控制中，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與Profinet相比，它無法像Profinet一樣擁有最小實(shí)時(shí)周期250us，抖動(dòng)小于1us的精度。

Profinet還具有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是以太網(wǎng)，借用以太網(wǎng)，它可以同時(shí)傳輸TCP/IT數(shù)據(jù)或者其它形式的數(shù)據(jù)，這是Profibus所無法比擬的。而且以太網(wǎng)的診斷更加靈活，SNMP及HTTP協(xié)議都可以診斷PN設(shè)備，來獲取設(shè)備的診斷信息。Profinet能夠從網(wǎng)絡(luò)的任何一點(diǎn)，或者通過WLAN，隨時(shí)隨地訪問你所需要連接的設(shè)備。另外，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，Profibus只能機(jī)械的增加固定地點(diǎn)的Repeater及OLM等，其缺點(diǎn)在設(shè)備增容時(shí)尤為突出。而Profinet針對(duì)此種情況只需加入交換機(jī)，插入網(wǎng)線連接即可。

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作者簡(jiǎn)介：

康利佳（1989-），男，沈陽人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，在華晨寶馬汽車有限公司主要負(fù)責(zé)總裝車間設(shè)備電氣類，包括PLC、HMI等。