摘要：PROFINET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)標準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。 Key words: Fieldbus、IBS（INTERBUS）, PB（PROFIBUS）, PN（PROFINET）,Industry Ethernet, Realtime, CBA, Industry Communication, Gateway 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線、IBS（INTERBUS）、 PB（PROFIBUS）、PN（PROFINET）、NET、工業(yè)以太網(wǎng)、實時、基于組件的自動化、工業(yè)通信、網(wǎng)關(guān) 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)標準之一?；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)當中。 PROFINET 使用現(xiàn)有的開放標準并與Ethernet TCP/IP標準完全兼容； 以太網(wǎng)早已是辦公領(lǐng)域的標準，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?，F(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?；诠に嚰夹g(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 在標準通道上發(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1μs。 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?！癙ROFINET 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)的標準技術(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 標準，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)場總線國際標準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。 詳細闡述了了一個典型的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。 一、 全中文自動化編程軟件PC WORX 5（如圖2） l 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國際標準，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?shù)姆椒ㄒ詼p輕的工作負荷。 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。標準調(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。 二、 模塊化交換機（PN I/O 設(shè)備，如圖3） 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： 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，標準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 多模光纖最遠可以傳輸10000M，多模光纖最遠可以傳輸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 能夠自由地在標準以太網(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。 三、PROFINET　I/O控制器（如圖4）： 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 （項目和文件數(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，標準內(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)。 I LC 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?？刂破骺梢允褂梅螴EC 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。 四、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。 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。 五、PROFINET/INTERBUS代理服務(wù)器（如圖6）： 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；l 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；l 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。 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PROFINET所有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。