PPROFINET是一種真正的實時工業(yè)以太網(wǎng),在一條網(wǎng)線上可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP數(shù)據(jù)(TCP/IP<100ms)、工廠實時數(shù)據(jù)(RT<10ms)、運動控制等時同步實時數(shù)據(jù)IRT的同時傳輸。從應(yīng)用角度上可以分為:PROFINET I/O和PROFINET CBA,同時,能夠集成現(xiàn)有的INTERBUS、PROFIBUS、DEVICENET現(xiàn)場總線設(shè)備及其它工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議如:Ethernet IP、MODBUS TCP,實現(xiàn)工業(yè)通訊控制系統(tǒng)一網(wǎng)到底的革命。
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圖1:菲尼克斯電氣——開放靈活的PROFINET解決方案[/align]
信息技術(shù)日新月異的發(fā)展,自動化領(lǐng)域的工業(yè)通訊技術(shù)也在悄然地發(fā)生著變化。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)成為自動化系統(tǒng)中最為熱門的技術(shù),PROFINET就是其中最有生命力的事實上的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一?;谝韵聨讉€原因:工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET正在源源不斷的應(yīng)用各行各業(yè)的自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中。
■PROFINET 使用現(xiàn)有的開放標(biāo)準(zhǔn)并與Ethernet TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)完全兼容;
■以太網(wǎng)早已是辦公領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn),在自動化領(lǐng)域的高層通信中早已使用了以太網(wǎng)
■以太網(wǎng)也可以用于控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間的通信;
■IT 功能也適用于自動化應(yīng)用;
■它為整個自動化市場提供了實時功能;
■RT是用于工廠自動化的快速而簡練的解決方案;
■IRT適用于運動控制高的端需要;
■RT和IRT都完全與IEEE 802.3 兼容,并且支持整個TCP/IP帶寬(64-1536字節(jié)報文);
■PROFINET支持CBA技術(shù),易于實現(xiàn)不同的系統(tǒng)單元之間的互操作;
■它集成了現(xiàn)有的現(xiàn)場總線解決方案:INTERBUS、PROFIBUS、DeviceNet;
■它提供了已經(jīng)被監(jiān)證的安全性功能INTERBUSsafety、PROFIsafe RT。
通過對分散式現(xiàn)場設(shè)備通過PROFINET IO集成,采用通常的INTERBUS的IO視點,從而可將現(xiàn)場設(shè)備的IO循環(huán)地傳輸給PLC的過程映像。PROFINET IO描述的設(shè)備模型,以INTERBUS的關(guān)鍵特性為基礎(chǔ),并由模塊、通道、采集點組成。現(xiàn)場設(shè)備的特性通過基于XML的GSD(General Station Description)文件來描述。
PROFINET基于組件自動化模型在分布式裝備中是非常高效的技術(shù)。組件模型將機器或裝備的自治模塊描述為工藝技術(shù)模塊。基于工藝技術(shù)模塊而開發(fā)的分布式自動化系統(tǒng)簡化了裝備和機器的模塊化設(shè)計,從而顯著地簡化了裝備和機器零部件的重復(fù)使用。因此大量地減少了工程設(shè)計成本。
PROFINET根據(jù)通信采用不同的性能等級:PROFINET通過TCP/UDP和IP在標(biāo)準(zhǔn)通道上發(fā)送非苛求時間的數(shù)據(jù),例如:參數(shù)、組態(tài)數(shù)據(jù)和互連信息。這滿足了自動化層與其它網(wǎng)絡(luò)(MES,ERP)的連接需求;對于生產(chǎn)裝備內(nèi)苛求時間的過程數(shù)據(jù)的傳輸,它采用實時通道RT(軟實時)。它是作為基于可用控制器的軟件來實現(xiàn)的;對于同步應(yīng)用,可采用等時同步實時通信(IRT)。它允許在時鐘速率為1ms時,抖動精度為1ms。
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圖2:全中文自動化編程軟件PC WORX 5[/align]
PROFINET 網(wǎng)絡(luò)安裝依據(jù)工業(yè)環(huán)境下以對以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的特殊要求。它們給設(shè)備制造商提供清晰的設(shè)備接口規(guī)范和布線要求。“PROFINET 安裝導(dǎo)則”給裝備制造商/操作人員提供以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安裝的簡單規(guī)則。
網(wǎng)絡(luò)管理覆蓋了在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中PROFINET 設(shè)備管理的所有功能。這包括設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)診斷。對于Web集成,PROFINET 采用基于以太網(wǎng)的技術(shù),而且借助互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)可訪問PROFINET 組件。為了獲得與其它系統(tǒng)范圍的開放鏈接,PROFINET 采用OPC DA 和DX。
PROFINET的一個關(guān)鍵特點是從現(xiàn)有的現(xiàn)場總線解決方案(例如:INTERBUS、PROFIBUS DP、DeviceNet)到基于以太網(wǎng)的PROFINET的無縫轉(zhuǎn)換。對于設(shè)備/裝備/機器制造商和最終用戶來說,這就是對現(xiàn)有投資的重要保護。
從上面內(nèi)容的闡述來看PROFINET不僅僅是一個工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,而且是一個完整的自動化解決方案。它使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn),符合基于工業(yè)以太網(wǎng)的實時自動化體系,覆蓋了自動化技術(shù)的所有要求;能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場總線的無縫集成。更重要的是PROFINET所有的事情都在一條電纜中完成,IT服務(wù)和TCP/IP開放性沒有任何限制;它可以滿足.用于所有客戶需要的統(tǒng)一的通信;從高性能到等時同步可以伸縮的實時通信?,F(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC-61158的第10類型。菲尼克斯電氣作為PROFINET技術(shù)兩大主要研發(fā)者之一,可以提供全面的產(chǎn)品系統(tǒng)解決方案。
在圖1中,詳細(xì)闡述了一個典型的PROFINET解決方案系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分,從上到下依次分為五大部分:
■用于PN IO控制器的編程軟件PC WORX 5
■面向靈活的工業(yè)以太網(wǎng)PN IO設(shè)備模塊化交換機MMS
■強大緊湊的模塊化控制系統(tǒng)的PN IO控制器(即支持PN的PLC)
■支持PN技術(shù)的IO設(shè)備(包括D耦合器、電源、IO、功能模塊等)
■在PN上作從站同時在INTERBUS上作主站的PN/IBS代理服務(wù)器。
全中文自動化編程軟件PC WORX 5
■PC WORX 5是AUTOMATIONWORX Software Suite 2006 V1.2中文版本軟件包的核心軟件。同時還包括了Diag+ V1.21,Diag+ NetScan V1.00等專用工具。
■PC WORX 5中文版是國內(nèi)第一套中文版工控軟件。該軟件集成了三大功能:INTERBUS組態(tài)、編程和診斷功能。軟件編程符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn),支持語句表、結(jié)構(gòu)文本、梯形圖、功能塊圖和順序功能圖等5種編程語言。故障診斷采用Diag+或者Diag+ NetScan,通過在線診斷,進行精確和快速的故障定位,告訴用
戶故障類型和解決辦法,可保證系統(tǒng)的停機時間最短。
■PC WORX 5中文版對操作界面和幫助文件等進行了全面的中文化,并可直接采用中文字符定義變量和進行編程,極大地方便了中國用戶學(xué)習(xí)和使用PCWORX軟件。
■PC WORX 5通過綜合的交叉編譯功能來滿足對特殊編程語言的需求。編程語言FBD,IL和LD可以交叉編譯成任何一種其他編程語言來滿足特殊的需求。ST可以被翻譯成FBD,IL和LD??梢杂米钕矏鄣恼Z言編程,PC WORX 5可以在同一時間滿足客戶不同的需求。
■PC WORX 5可以使用拖曳的方法來連接自動化系統(tǒng)的軟件和硬件。變量的數(shù)據(jù)方向由相應(yīng)過程數(shù)據(jù)條目的連接所決定,軟件還可以自動產(chǎn)生出變量。智能過程數(shù)據(jù)編輯器在分配過程數(shù)據(jù)時提供了一條非常直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄒ詼p輕的工作負(fù)荷。
■PC WORX 5的在線修改功能使得在線調(diào)試變得非常簡單方便。100%的在線修改功能意味著無論多少修改,都可以實時的上載到控制器。在運行期間,系統(tǒng)始終保持著足夠得實用性,即便要上載一部分程序到控制器。PC WORX 5,程序改變,而控制器不再停機。
■PC WORX 5中集成了總線配置器以保證對現(xiàn)場總線系統(tǒng)進行最合適的項目計劃,并可以給您一次顯示所有的信息。不再需要任何其它的工具來完成總線配置。所有的信號數(shù)據(jù)(例如設(shè)備識別號)都可以在編程環(huán)境中得到。配置器硬件目錄提供了對自動控制環(huán)境所須的器件,而且可以使用拖曳的方式加入到硬件結(jié)構(gòu)中。PCWORX使用FDCML和基于XML的描述語言來描述設(shè)備。設(shè)備描述編輯器可以很容易的把您自定義的設(shè)備描述加入到設(shè)備目錄中去。PC WORX 5還允許在一個項目中采用不同的控制器實現(xiàn)分布式系統(tǒng)。
PC WORX 5 提供給調(diào)試最優(yōu)的支持。標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試包括多種功能比如斷點,步進,追蹤,庫調(diào)試和實例調(diào)試??梢允褂梅奖愕挠^察窗來監(jiān)測每個變量和自定義數(shù)據(jù)。使用變量觀察窗的輸入和輸出選項可以把整個系統(tǒng)狀況拷貝到磁盤上并存儲成最新數(shù)據(jù)。友好的用戶復(fù)制管理功能非常方便并且容易使用。綜合邏輯分析器能夠使獨立變量的按時間順序進行監(jiān)測,所以非常容易追蹤變量的相互關(guān)系。
模塊化交換機(PN I/O 設(shè)備)
MMS模塊化管理型交換機/一體化管理型交換機MCS特性:電口10/100M自適應(yīng)、自動交叉連接,模塊化擴展結(jié)構(gòu):2-24端口,導(dǎo)軌安裝,連接狀態(tài)指示,24 VDC冗余供電,靈活使用多種傳輸媒介10/100 M雙絞線,100 Mbit/s玻璃光纖,可以現(xiàn)場制作的塑料光纖和HCS光纖(10/100 Mbit/s)、通過GL等船級社認(rèn)證,更能享用電氣、電子連接技術(shù)的世界市場領(lǐng)袖菲尼克斯電氣豐富多樣的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接附件。同時,還可以支持以下一些高級功能:
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圖3:模塊化交換機(PN I/O 設(shè)備)[/align]
■為端口加裝硬件鎖附件,在OSI網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議的物理層設(shè)定安全策略
■10/100M自適應(yīng),也可以手工設(shè)備每個端口的速率
■手工激活或關(guān)閉某些端口、根據(jù)MAC地址設(shè)定不同端口的訪問權(quán)限
■可以通過DHCP和BootP對交換機的IP地址進行設(shè)備
■支持端口鏡像功能Port Mirroring
■具有Web-Based管理功能,標(biāo)準(zhǔn)IE就能對交換機進監(jiān)視和參數(shù)配置
■支持虛擬局域網(wǎng)技術(shù),精確規(guī)劃您的邏輯局域網(wǎng)絡(luò)
■支持Multicasts (IGMP Snooping,GARP,GMRP)
■支持SNMP、MIB II、Bridge、RMON、IF- MIB、IGMP snooping等
■支持符合IEEE 802.1P的數(shù)據(jù)優(yōu)先級通訊機制
■交換機的Frameware可以隨著技術(shù)的發(fā)展進行免費升級
■多模光纖最遠(yuǎn)可以傳輸10000M,多模光纖最遠(yuǎn)可以傳輸36000M
■可以選擇豐富的POF、HCS、多模、單模玻璃光纖,以及任意選擇ST、SC、FSMA連接形式的接口模塊、并可選擇向前或向下出線
■選擇能夠記憶網(wǎng)絡(luò)配置狀態(tài)的存儲模塊
■能夠自由地在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)TCP/IP、MODBUS TCP、Ethernet IP、PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)中使用
■具有專利技術(shù)的快速環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù),更快的絡(luò)自愈時間,優(yōu)化的超級冗余環(huán)網(wǎng)檢測協(xié)議,一個環(huán)上支持最多57臺交換機,1000臺以太網(wǎng)終端設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)自愈時間100ms~500ms之間,在網(wǎng)絡(luò)同時達到57交換機1000臺以太網(wǎng)終端設(shè)備時接近500ms。
PROFINET I/O控制器
菲尼克斯電氣目前有四種支持PROFINET的I/O控制器。型號依次為:ILC 350 PN、ILC 370 PN 2TX-IB、FC PCI 350 PN、ILC 390 PN 2TX-IB。以ILC 370 PN 2TX-IB舉例來說明,它的主要技術(shù)參數(shù)如下:
■通用技術(shù)數(shù)據(jù):
以太網(wǎng)
連接2X10/100M自適應(yīng)
PROFINET IO 控制系統(tǒng)
IEC 61131-3 and 5 用PC WORX 5
典型: 0.3 ms /1K指條
■存儲器:
2 MB 程序存儲器(>170K IL指令))
4 MB 數(shù)據(jù)存儲器
可插入CF卡到64 MB
?。椖亢臀募?shù)據(jù))
96 KB NVRAM 非易性數(shù)據(jù)
■I/O基本說明:
最大支持設(shè)備512
最大I/O點數(shù)8192
集成12DI (50kHz) / 4DO
INTERBUS從站接口
ILC 370 PN 2TX-IB控制器是菲尼克斯電氣Inline產(chǎn)品家族的一種先進的、高度緊湊的模塊化產(chǎn)品,可以滿足各種現(xiàn)場控制需求,大大提高了整個自動化系統(tǒng)的智能性。ILC 370 PN 2TX-IB控制器的處理速度為0.3ms/k指令,標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存為2M字節(jié),可通過向處理器模塊中插入內(nèi)存子模塊來進行內(nèi)存擴展,一個ILC 370 PN 2TX-IB控制器處理器支持8192個I/O點,可以通過現(xiàn)場總線接口實現(xiàn)對INTERBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)的集成,兩個PROFINET口中的一個與本地的HMI進行連接作現(xiàn)場操作與監(jiān)視,另一個PROFINET口與中控室或其的上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行通訊地,組成全集成的自動化系統(tǒng)。
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圖4:PROFINET I/O 控制器[/align]
ILC 370 PN 2TX-IB是一款高性能控制器,不僅有著極高的數(shù)據(jù)處理速度,還具有更多的程序及數(shù)據(jù)存儲空間,因此可以滿足不斷提高的控制性能需求。控制器可以使用符合IEC 61131-3指令的開發(fā)工具PC WorX 5進行設(shè)置和編程,數(shù)據(jù)可以通過AX OPC servers進行交換,并且可以實現(xiàn)控制器與上位機之間的通訊,與任何支持TCP/IP協(xié)議的裝置或系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。
PROFINET 現(xiàn)場總線I/O
PN耦合器同樣使用獲得歐洲工業(yè)設(shè)計大獎的Inline系統(tǒng)系列產(chǎn)品模塊化的設(shè)計,并且模塊種類不僅包括了模擬量、數(shù)字量這些不同模塊,而且還有各種功能模塊。這就可以為工業(yè)控制提供—種非常靈活并十分完整控制方案。
■模塊化的設(shè)計:Inline系統(tǒng)的模塊化的I/O、內(nèi)存及通訊接口可為我們提供了一種即可組態(tài)又便于擴展的系統(tǒng),使我們可以根據(jù)需要靈活配置所需的I/O數(shù)量,內(nèi)存容量, 以及通訊網(wǎng)絡(luò),以后當(dāng)需要進一步擴展系統(tǒng)時,可隨時添加I/O,內(nèi)存及通訊接口。
■帶電插拔(熱插拔):Inline允許用戶帶電插拔系統(tǒng)中的任何I/O模塊,而不會對模塊造成損壞。這對于系統(tǒng)的維護與檢修有著很大的幫助,因為這樣用戶就可以在繼續(xù)維持系統(tǒng)運行的同時更換有故障的模塊,而不會影響整個系統(tǒng)其它部分的正常運行。
■高速傳送:Inline可以在網(wǎng)絡(luò)之間,網(wǎng)絡(luò)的鏈路之間以及模塊之間實現(xiàn)信息的高速傳送。
■高強度的硬件平臺:Inline系統(tǒng)采用特殊設(shè)計的高強度工業(yè)硬件平臺,從而可耐受振動,高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾。
■小型化、精致化:所有硬件模塊采取小型化的設(shè)計,這使得Inline系統(tǒng)適用于有限的安裝空間。
■即插即用,籠式彈簧接線技術(shù),接線簡單,可靠,現(xiàn)場條件適應(yīng)性強,靈活的接線方式和可靠的接觸效果,增強了系統(tǒng)的可靠性和可維護性.
■分布式處理:通過Ethernet和現(xiàn)場總線將處理器連接起來,可以實現(xiàn)分布式處理。
■分布式I/O:通過Ethernet和現(xiàn)場總線即可將遠(yuǎn)離處理器的分布式I/O連接起來。用戶可根據(jù)需要任意將各種功能模塊組合到一起,并可根據(jù)需要隨時更換總線適配器以適應(yīng)不同總線系統(tǒng)或根據(jù)現(xiàn)場情況更換其他功能模塊。
■Inline操作系統(tǒng):該操作系統(tǒng)提供了真正具有優(yōu)先級的多任務(wù)環(huán)境,允許用戶通過單獨排定軟件組件來滿足自己的應(yīng)用要求。這能大大提高處理器的效率并且可以相對降低成本,因為它可以減少用戶對整個控制系統(tǒng)所需的處理器數(shù)量的要求。
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圖5:PROFINET 現(xiàn)場總線I/O[/align]
系統(tǒng)之間的結(jié)合緊密:Inline系統(tǒng)與現(xiàn)有的基于PLC系統(tǒng)之間的結(jié)合非常好,PN IO控制器與現(xiàn)有的PHOENIX CONTACT各層網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備都可通過PROFINET或現(xiàn)場總線及對應(yīng)的功能塊進行信息交換,實現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)上的程
序處理器之間無縫交換。
PROFINET/INTERBUS代理服務(wù)器
PROFINET提供了一個在PROFINET環(huán)境下協(xié)調(diào)現(xiàn)有INTERBUS和其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)的模型。這表示,你可以構(gòu)造一個由現(xiàn)場總線和基于以太網(wǎng)的子系統(tǒng)任意組合的混合系統(tǒng)。這就能夠進行從基于現(xiàn)場總線的系統(tǒng)向PROFINET的連續(xù)技術(shù)轉(zhuǎn)移。
轉(zhuǎn)移策略:
大量的現(xiàn)有INTERBUS 系統(tǒng)意味著保護投資是必須考慮的因素之一,因此,重要的是能夠使這些系統(tǒng)簡單地融入PROFINET(遷移)。以下情況說明了這一特點:
■最終用戶:希望有一種方便的途徑將他現(xiàn)有的設(shè)備集成到新的PROFINET 系統(tǒng)中;
■裝備和機器制造商:希望能夠?qū)⑵浣?jīng)過現(xiàn)場考驗的和文檔化的系列設(shè)備(無需作任何修改)用在PROFINET自動化項目中;
■設(shè)備制造商:希望能夠?qū)⑺麄兊默F(xiàn)場設(shè)備集成到PROFINET系統(tǒng)中(無需因修改而發(fā)生任何額外費用)。
PROFINET可以通過代理服務(wù)器集成INTERBUS現(xiàn)場總線設(shè)備:
PROFINET代理服務(wù)器方案支持現(xiàn)場總線系統(tǒng)的集成,這種集成既簡單又具有高透明度,INTERBUS 與其它現(xiàn)場總線可通過代理服務(wù)器或作為現(xiàn)場總線應(yīng)用集成在自動化設(shè)備內(nèi)。在以太網(wǎng)上,代理服務(wù)器是一個或多個現(xiàn)場總線設(shè)備(例如:INTERBUS 上的現(xiàn)場設(shè)備)的代表。這種代表保證了網(wǎng)絡(luò)之間透明的通信(無需開辟協(xié)議通道)。例如,它確保了對現(xiàn)場總線設(shè)備的循環(huán)數(shù)據(jù)的透明性。
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圖6:PROFINET/INTERBUS 代理服務(wù)器[/align]
在INTERBUS DP的情況下,一方面,代理服務(wù)器是INTERBUS主站,它協(xié)調(diào)INTERBUS節(jié)點的數(shù)據(jù)交換;另一方面,代理服務(wù)器是與PROFINET通信的以太網(wǎng)設(shè)備。代理服務(wù)器可以作為(例如)PLC、基于PC 的控制或作為一個簡單的網(wǎng)關(guān)存在并實現(xiàn)。
菲尼克斯電氣公司是PROFINET技術(shù)的兩大主要技術(shù)研發(fā)者之一,同時也是全球PROFINET技術(shù)資格認(rèn)證中心之一,尤其精于PROFINET堆棧技術(shù)、PROFINET IO技術(shù)、光纖傳輸與診斷技術(shù),并著手研發(fā)下一代CBA技術(shù),全面參與超過12個工作組的功能范圍各項技術(shù)研發(fā)工作,也中國PROFINET市場工作組領(lǐng)導(dǎo)者之一,全力與PROFINET中國用戶組織及各兄弟公司獻身于工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET技術(shù)在中國的推廣與普及事業(yè)中,與中國的自動化產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展成長。菲尼克斯電氣——開放靈活的PROFINET解決方案事實證明是一個運行可靠的自動化系統(tǒng),已經(jīng)在德國大眾AUDI B8 Ingolstadt和Neckarsulm兩地的汽車工廠,荷蘭Alewijnse食品公司,中國華南機場監(jiān)控、濟南、徐州煙廠的制絲生產(chǎn)線、物流配送中心以及一些目前正在實施的工程項目中。