關(guān)于PROFInet以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線的研究及應(yīng)用

1、引言

　　代表全世界1200多家會(huì)員公司的PROFIBUS國(guó)際組織推出了基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET自動(dòng)化解決方案。該技術(shù)為當(dāng)前的用戶提供了一套完整高性能可伸縮的升級(jí)至工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)的解決方案。PROFINET是一項(xiàng)重大的并具有戰(zhàn)略性的技術(shù)創(chuàng)新，它不僅能為PROFIBUS，而且能為其它現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供以太網(wǎng)移植服務(wù)。

　　PROFIBUS是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS由3個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS規(guī)定一種串行現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的技術(shù)特性和功能，用這種系統(tǒng)可將現(xiàn)場(chǎng)中的分布式自動(dòng)化設(shè)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(luò)。PROFIBUS訪問(wèn)總線方法是符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，即附屬有主/從站輪詢的令牌傳遞原理。

　　PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在過(guò)程和制造工業(yè)的應(yīng)用中，能節(jié)省大量線纜、槽架、連接件，減少了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)時(shí)間，方便地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間以及設(shè)備與控制管理層之間的聯(lián)系，為控制信息進(jìn)入公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。與地點(diǎn)無(wú)關(guān)的控制、高速通信、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、真正的可互操作性和開(kāi)放性等高級(jí)功能的特征使其具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)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(kāi)放的、一致的分散自動(dòng)化為特點(diǎn)。由于顯著地減少了用于機(jī)器及設(shè)備的組態(tài)和操作的時(shí)間和開(kāi)銷(xiāo)，因此這些系統(tǒng)具有許多重要的優(yōu)點(diǎn)。

　　（1）工業(yè)自動(dòng)化的新前景

　　有效提高工廠生產(chǎn)力始終是永恒的目標(biāo)。工廠希望投資使生產(chǎn)能夠快速應(yīng)對(duì)最新的市場(chǎng)需求，縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)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(shù)，特別是基于生產(chǎn)自動(dòng)化的信息技術(shù)將成為推動(dòng)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(guò)PROFINET，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

　　采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的開(kāi)放式、跨供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)的PROFINET，即可從公司管理層直到現(xiàn)場(chǎng)層實(shí)現(xiàn)直接、透明的訪問(wèn)。PROFINET基于現(xiàn)有成熟IT標(biāo)準(zhǔn)，并提供對(duì)TCP/IP的全面支持。用戶能夠毫不費(fèi)力地與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展及便捷集成。

2、目標(biāo)

　　在1999年，隨著不同領(lǐng)域IT的融合，PROFIBUS國(guó)際組織抓住了這一契機(jī)，并開(kāi)始尋求開(kāi)放的PROFIBUS技術(shù)用于企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)和企業(yè)管理層的解決方案。

　　目標(biāo)之一是尋找一種縱向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，一方面這種結(jié)構(gòu)允許現(xiàn)有的開(kāi)放性能全面地良好地保存下來(lái);另一方面，允許以廣泛可用的傳統(tǒng)的PROFIBUS技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)各部分之間的無(wú)縫集成。對(duì)于PROFInet，由于它提供了與各種現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放的接口，其開(kāi)放性已有了進(jìn)一步的擴(kuò)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(jìn)一步的目標(biāo)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(jī)制進(jìn)行通信和協(xié)同運(yùn)行。這方面既包括自動(dòng)化設(shè)備間的橫向通信（自動(dòng)化集成）也包括辦公室、管理和現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)。

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(rèn)為有必要通過(guò)圖形、文本或基于腳本（script）的對(duì)象互連建立應(yīng)用，因?yàn)檫@使處理工具既直觀又容易。

　　PROFInet—辦公室和自動(dòng)化領(lǐng)域開(kāi)放的、一致的連接

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

　　·高度分散自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放對(duì)象模型（結(jié)構(gòu)模型）

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

　　·獨(dú)立于制造商的工程設(shè)計(jì)方案（應(yīng)用開(kāi)發(fā)）

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

3、對(duì)象模型

　　PROFInet的結(jié)構(gòu)方案基于微軟定義的COM對(duì)象（ComponentObjectModel部件對(duì)象模型）。這就允許以成品部件為基礎(chǔ)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

　　部件以對(duì)象的形式建立，對(duì)象通過(guò)已定義的接口進(jìn)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(yǔ)言”（IDL）中對(duì)這些功能作了描述。一個(gè)部件支持一個(gè)特定的接口（采用某些方法仔細(xì)定義的接口），這實(shí)際上就如人們所說(shuō)的那樣:以部件實(shí)現(xiàn)接口（這涉及已定義接口的實(shí)現(xiàn)和它的語(yǔ)義（服務(wù)））。就用戶而言，COM部件只不過(guò)是一些接口的號(hào)碼。通過(guò)調(diào)用一個(gè)接口的功能，客戶可存取這類(lèi)部件的服務(wù)。