關于PROFInet以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的研究及應用

1、引言

　　代表全世界1200多家會員公司的PROFIBUS國際組織推出了基于實時工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET自動化解決方案。該技術為當前的用戶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(zhàn)略性的技術創(chuàng)新，它不僅能為PROFIBUS，而且能為其它現(xiàn)場總線網(wǎng)絡系統(tǒng)提供以太網(wǎng)移植服務。

　　PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS由3個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS規(guī)定一種串行現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術特性和功能，用這種系統(tǒng)可將現(xiàn)場中的分布式自動化設備在低和中等性能范圍內(nèi)（分別為傳感器/執(zhí)行器和單元層）相互連接成網(wǎng)絡。PROFIBUS訪問總線方法是符合歐洲標準EN50170標準規(guī)定的，即附屬有主/從站輪詢的令牌傳遞原理。

　　PROFIBUS現(xiàn)場總線技術在過程和制造工業(yè)的應用中，能節(jié)省大量線纜、槽架、連接件，減少了系統(tǒng)的設計、調(diào)試、維護時間，方便地實現(xiàn)了現(xiàn)場控制設備之間以及設備與控制管理層之間的聯(lián)系，為控制信息進入公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡創(chuàng)造了條件。與地點無關的控制、高速通信、靈活的拓撲結構、真正的可互操作性和開放性等高級功能的特征使其具有強大優(yōu)勢和廣闊發(fā)展前景。因此，PROFInet包含了所有重要的方面，這些方面以開放的、一致的分散自動化為特點。由于顯著地減少了用于機器及設備的組態(tài)和操作的時間和開銷，因此這些系統(tǒng)具有許多重要的優(yōu)點。

　?。?）工業(yè)自動化的新前景

　　有效提高工廠生產(chǎn)力始終是永恒的目標。工廠希望投資使生產(chǎn)能夠快速應對最新的市場需求，縮短新產(chǎn)品的上市時間，這就需要根據(jù)工廠范圍內(nèi)的連續(xù)信息流，用于戰(zhàn)略決策：從生產(chǎn)第一線，到工廠控制層，直到管理層。因此信息技術，特別是基于生產(chǎn)自動化的信息技術將成為推動生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本和企業(yè)創(chuàng)新的主要力量。

　?。?）通過PROFINET，實現(xiàn)創(chuàng)新的工業(yè)以太網(wǎng)標準

　　采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放式、跨供應商標準的PROFINET，即可從公司管理層直到現(xiàn)場層實現(xiàn)直接、透明的訪問。PROFINET基于現(xiàn)有成熟IT標準，并提供對TCP/IP的全面支持。用戶能夠毫不費力地與現(xiàn)有系統(tǒng)進行擴展及便捷集成。

2、目標

　　在1999年，隨著不同領域IT的融合，PROFIBUS國際組織抓住了這一契機，并開始尋求開放的PROFIBUS技術用于企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)和企業(yè)管理層的解決方案。

　　目標之一是尋找一種縱向擴展的結構，一方面這種結構允許現(xiàn)有的開放性能全面地良好地保存下來;另一方面，允許以廣泛可用的傳統(tǒng)的PROFIBUS技術為基礎的系統(tǒng)各部分之間的無縫集成。對于PROFInet，由于它提供了與各種現(xiàn)場總線的開放的接口，其開放性已有了進一步的擴展。這就允許所有總線的解決方案容易地集成到PROFInet系統(tǒng)中。

　　進一步的目標是確保具有廣泛的一致性，它使得各種層次的用戶使用同樣的機制進行通信和協(xié)同運行。這方面既包括自動化設備間的橫向通信（自動化集成）也包括辦公室、管理和現(xiàn)場層用戶間的縱向通信（企業(yè)集成）。面向?qū)ο蟮牟考Ｐ吞峁┝诉@一方案的基礎。

圖1：具有PROFInet的工業(yè)通信

　　PROFInet方案尤其注重基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一的、工廠范圍的工程，并認為有必要通過圖形、文本或基于腳本（script）的對象互連建立應用，因為這使處理工具既直觀又容易。

　　PROFInet—辦公室和自動化領域開放的、一致的連接

　　PROFInet方案覆蓋了分散自動化系統(tǒng)的所有運行階段。它包含下列主要方面：

　　·高度分散自動化系統(tǒng)的開放對象模型（結構模型）

　　·基于Ethernet的開放的、面向?qū)ο蟮倪\行期通信方案（功能單元間的通信關系）

　　·獨立于制造商的工程設計方案（應用開發(fā)）

　　根據(jù)此方案，PROFIBUS國際組織現(xiàn)已開發(fā)了一種自動化解決方案，該方案不僅允許所有總線的供應商互相連接，而且也能與較高企業(yè)層的IT直接通信。

3、對象模型

　　PROFInet的結構方案基于微軟定義的COM對象（ComponentObjectModel部件對象模型）。這就允許以成品部件為基礎的應用開發(fā)。

　　部件以對象的形式建立，對象通過已定義的接口進行相互間的通信。一種COM接口具有指定數(shù)量的功能，在“接口定義語言”（IDL）中對這些功能作了描述。一個部件支持一個特定的接口（采用某些方法仔細定義的接口），這實際上就如人們所說的那樣:以部件實現(xiàn)接口（這涉及已定義接口的實現(xiàn)和它的語義（服務））。就用戶而言，COM部件只不過是一些接口的號碼。通過調(diào)用一個接口的功能，客戶可存取這類部件的服務。