Profinet與Profibus兩種總線技術(shù)應(yīng)用分析

杜正峰

(重慶煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 重慶卷煙廠，重慶 400061)

Profibus是過程現(xiàn)場(chǎng)總線(Process Fieldbus)的縮寫，于1989年正式成為現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前，它在離散制造業(yè)、過程自動(dòng)化領(lǐng)域、驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位，全世界的profibus設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)達(dá)到2000萬，成為全球最有影響力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一［1］;而 profinet是由profibus國(guó)際組織在profibus的基礎(chǔ)上提出的基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的新型自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)，將工廠自動(dòng)化和企業(yè)信息管理層IT技術(shù)有機(jī)地融為一體，同時(shí)又完全保留了profibus現(xiàn)有的開放性。目前兩種總線技術(shù)在煙草行業(yè)得到了全面的推廣和使用，但是，兩者在很多方面具有其有各自的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。

一、通信結(jié)構(gòu)

1.Profibus

Profibus由三個(gè)兼容部分組成:即 Profibus-DP(Decentralized Periphery)、Profibus-PA(Process Automation)、Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification)。

(1)Profibus-DP:是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的快速通信和循環(huán)數(shù)據(jù)交換，使用Profibus-DP可取代24VDC或4～20 mA信號(hào)傳輸。

(2)Profibus-PA:專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，用于本質(zhì)安全系統(tǒng)的過程自動(dòng)化中，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，實(shí)際應(yīng)用中多通過DP/PA耦合器與Profibus-DP總線融合使用。

(3)Profibus-FMS:用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)，常用于可編程控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。

其中，Profibus-DP與Profibus-PA廣泛應(yīng)用于煙草行業(yè)制絲線、卷包輔聯(lián)系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、高架庫(kù)系統(tǒng)等控制系統(tǒng)。

2.Profinet

Profinet的通信根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，分為三種通信方式:TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信，實(shí)時(shí)(RT)通信和同步實(shí)時(shí)(IRT)通信。

(1)TCP/IP只提供基礎(chǔ)通信，用于以太網(wǎng)是通過面向連接和安全的傳輸通道在本地和分布式網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

(2)實(shí)時(shí)(RT)通信是一個(gè)優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層(Layer 2)的實(shí)時(shí)通信通道，通過該實(shí)時(shí)通道極大地減少了數(shù)據(jù)在通信站中的處理時(shí)間。

(3)同步實(shí)時(shí)(IRT)通信可以滿足運(yùn)動(dòng)控制的告訴通信需求，以此來保證及時(shí)的、確定的響應(yīng)。

圖1和圖2分別是兩種總線的通信結(jié)構(gòu)模型。

圖1 Profibus的通信模型

圖2 Profinet的通信模型

二、通信介質(zhì)和通訊速率

網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通道，也是通信中實(shí)際傳送信息的載體。常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖、無線介質(zhì)等。

對(duì)于profibus和Profinet兩者都可以運(yùn)用銅和光纖作為通信介質(zhì)，但對(duì)于Profinet，無線(WLAN)可用于額外的介質(zhì)。兩種總線通訊傳輸速率對(duì)比如表1。

表1 兩種總線通訊對(duì)比

三、使用與運(yùn)行

Profibus和Profinet兩者在傳輸介質(zhì)上完全不同，沒有任何的關(guān)系;同時(shí)對(duì)于 Profibus，其引導(dǎo)軸必須在 DP主站中運(yùn)行，而Profinet則可以運(yùn)行在任意的 Simotion中;而在組態(tài)和診斷兩個(gè)方面，Profibus需要專有的接口模塊，特殊的工具進(jìn)行組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)診斷，而 Profinet可以使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡，使用相關(guān)的IT工具即可等。所以，Profinet較Profibus有很多的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它們也有相同點(diǎn)，它們都有很好的實(shí)時(shí)性，都實(shí)用了很精簡(jiǎn)的堆棧結(jié)構(gòu)。

Profibus和Profinet不僅在以上幾個(gè)方面不同，而且在其他許多方面也有很大的區(qū)別:

(1)Profibus總線上一般只有一個(gè)主站系統(tǒng)，多主站系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致DP的循環(huán)周期過長(zhǎng)，而任意數(shù)量的控制器都可以在Profinet上運(yùn)行，且不會(huì)影響I/O的響應(yīng)時(shí)間。

(2)Profibus總線上的故障主要來源于總線終端電阻不匹配、較差的網(wǎng)絡(luò)接地，而Profinet則不需要終端電阻。

(3)Profibus不能準(zhǔn)確及時(shí)確定設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)位置，而Profinet可以通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?zhǔn)確確定設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)位置。

四、煙草行業(yè)應(yīng)用狀況分析

綜合比較兩種總線的通信性能，從上面通信結(jié)構(gòu)對(duì)比圖、通訊對(duì)比表、使用與運(yùn)行對(duì)比中可以看出:Profinet的通信性能比profibus更為全面，適用的范圍更廣，且Profinet不僅包含了profibus的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)其本身也有其獨(dú)特的特性，總的來說相對(duì)Profibus，Profinet的應(yīng)用范圍更為廣泛，而且其應(yīng)用的前景也很光明。

Profibus的應(yīng)用范圍非常的廣泛，它可以應(yīng)用于煙草行業(yè)加工制造過程和煙草行業(yè)輔助系統(tǒng)中，且在煙草行業(yè)眾多的總線中應(yīng)用的范圍處于前列;而在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來的Profinet的應(yīng)用范圍更為廣泛，Profinet不僅可以應(yīng)用于分布式智能控制系統(tǒng)，而且還逐漸進(jìn)入過程自動(dòng)化領(lǐng)域。Profinet從2008年起逐步在煙草行業(yè)得到了推廣和使用，目前已經(jīng)在煙草行業(yè)內(nèi)多個(gè)領(lǐng)域和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用且都取得了比較好的效果，大幅度提升了控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，為推動(dòng)煙草行業(yè)技術(shù)裝備水平的提升做出了積極的貢獻(xiàn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)兩種總線技術(shù)的比較，發(fā)現(xiàn)Profinet有很多Profibus不具備的特點(diǎn)，同時(shí)幾乎擁有Profibus的全部特點(diǎn)。工業(yè)的快速發(fā)展和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對(duì)工業(yè)控制提出了更高的要求，這也為Profinet的發(fā)展創(chuàng)造了條件。由于基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的任何開發(fā)都可以直接應(yīng)用在Profinet網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)由于世界上基于以太網(wǎng)解決方案的開發(fā)者遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于Profibus開發(fā)者，所以有更多的可用資源去創(chuàng)新Profinet技術(shù)，使得其更具有無限的發(fā)展?jié)摿Αｋm然目前Profibus的應(yīng)用較多，隨著工業(yè)發(fā)展高新技術(shù)的應(yīng)用要求的提高與時(shí)間的推移，最終Profinet一定會(huì)取代Profibus的地位。

［1］王同勝.網(wǎng)絡(luò)與通信［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000:85－124.

［2］陳先鋒.西門子全集成自動(dòng)化技術(shù)綜合教程［M］.北京:人民郵電出版社，2011.

［3］謝昊飛，李勇.網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.