工業控制的升級從Profibus到Profinet

摘 要：隨著計算機技術、通信技術和PLC技術的發展以及現場所用設備的智能程度需求，自動化控制系統的分散程度也也在逐年提高，這無疑使得分散控制系統向分布控制系統轉化。因此，基于組件的自動化成為新興的趨勢，Profibus的控制系統已經無法更好的適應現場的生產需求，而Profinet控制系統以一個完整的網絡出現為自動化通信領域提出解決方案。

關鍵詞：自動化；Profibus；Profinet

1 Profibus總線簡介

Profibus作為一種基于自動化車間級監控及現場設備層數據-數據通訊與現場總線技術。可實現實際現場設備層到車間級監控的分散控制和現場網絡通訊，繼而實現廠級綜合自動化與現場智能設備和之間的可靠控制。

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

1.1 Profibus總線的應用領域

Profibus的三個部分均使用統一的總線訪問協議，但可以應用在不同的領域。

DP是專門為自動化控制系統與在設備級分布式I/O之間進行通信所用的；

PA則為過程自動化設計的；

FMS是來解決車間級通用性任務，適用于大范圍和較復雜的通信系統。

1.2 Profibus總線的技術特性

DP/FMS系統采用RS-485傳輸技術，可以多結點聯網。其拓撲結構呈線性，兩端均設立有源的終端電阻；傳輸速率可達到9600 bit/s～12M bit/s；傳輸距離為100m～1200m，使用中繼器可達到4.8km；站點數為32個，使用中繼器可達127個；通常主-主結構采用Profibus-FMS系統，而主-從結構采用DP系統即：主站之間帶有令牌傳遞的多主站的主-從系統。

為滿足化工和石油化工業的要求，PA系統采用數據IEC1158-2的傳輸技術。通過總線方式對現場設備進行供電，并保持其本征安全性。

2 Profinet總線簡介

現如今實時以太網、自動化控制系統的分布化控制、現場故障安全及網絡安全等問題已成為當前自動化領域的熱門話題，Profinet能夠在各種不同場合進行應用，針對不同的控制要求提供不同的解決方案，其功能主要有8個組成部分：IT行業標準和信息安全、實時通信協議、現場設備分布化、運動控制要求、

分布式自動化、安裝網絡、故障安全和過程自動化。簡單地概括為：Profinet公式：Profinet= Profibus + 具有Profibus 和IT 行業標準Ethernet 的開放、一致的通信協議+獨立于制造商的工程模型+通過開放對象模型的分散自動化。可以說Profinet為自動化在通信領域上提供了一個完整而又高性能還可以升級的網絡解決方案。

2.1 Profinet的通訊方式

因為響應時間的不同，因此Profinet支持下列三種通訊方式：

1）TCP/IP標準通訊方式，當Profinet是基于工業以太網技術時會采用TCP/IP和IT標準。TCP/IP 是IT 領域關于通信協議方面的事實標準，其響應時間大概在100 ms的量級，因此適用于工廠級控制；

2）實時（RT）通訊方式，其響應時間是5～10ms的量級，適用于系統對響應時間的要求更為嚴格的環境；

3）同步實時（IRT）通訊方式，對于現場級通訊，在通訊實時性上具有較高的是運動控制（Motion Control）要求，Profinet的同步實時技術能夠滿足高速通訊需求的運動控制要求，在100個節點下，其響應時間甚至能夠小于1ms，而抖動誤差要小于1μs，以此來保證實時準確的響應。

2.2 Profinet的特性及優勢

Profinet是開放的、實時的工業以太網標準，以工業以太網為基礎，其RT甚至可以在1ms內刷新64個I/O點及設備，其IRT可以在1ms內同步150個軸，且抖動精度小于1us。I/O控制器可以最多可以連接256個I/O設備，當然其對于整個以太網網絡節點則是無限制的。由于它的開放性，在通訊過程中TCP/IP等非實時數據能夠在不同的總線上進行傳輸，這樣可以同時應用IT等服務，包括Web， Email等等。在節點方面安裝簡單，直接連接到交換機即可，方便辦公室網絡增加或減少設備。也可以無縫集成已有的現場總線系統，例如Profibus，ASi，Interbus等。Profinet同時支持故障安全系統，通過ProfiSafe行規進行安全節點間的通訊。

3 Profibus和Profinet總線的比較

Profinet最突出的特點是它的實時性，從過程自動化到工廠自動化再到分布式運動控制，針對不同的控制要求能夠實現不同的工藝控制。Profibus也能夠實現上述的功能，但是在實時性較高的一些場合，尤其是在運動控制中，其性能遠遠無法與Profinet相比，它無法像Profinet一樣擁有最小實時周期250us，抖動小于1us的精度。

Profinet還具有一個突出的優點是以太網，借用以太網，它可以同時傳輸TCP/IT數據或者其它形式的數據，這是Profibus所無法比擬的。而且以太網的診斷更加靈活，SNMP及HTTP協議都可以診斷PN設備，來獲取設備的診斷信息。Profinet能夠從網絡的任何一點，或者通過WLAN，隨時隨地訪問你所需要連接的設備。另外，針對網絡的擴展，Profibus只能機械的增加固定地點的Repeater及OLM等，其缺點在設備增容時尤為突出。而Profinet針對此種情況只需加入交換機，插入網線連接即可。

參考文獻：

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[2] 李正軍.現場總線及其應用技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3] 崔堅，李佳，楊光.西門子工業網絡通訊指南（下冊）[M].北京：機械工業出版社，2005：199-201.

作者簡介：

康利佳（1989-），男，沈陽人，助理工程師，工學學士，在華晨寶馬汽車有限公司主要負責總裝車間設備電氣類，包括PLC、HMI等。