摘 要：介紹了新一代現場總線PROFInet的產生及其特點。重點闡述了PROFInet與其它現場總線集成技術及其方案，以Profibus為代表，用實例研究ROFINET與其它現場總線集成。最后展望了PROFInet與現場總線的集成前景。 關鍵詞：PROFInet; Profibus; 現場總線; 集成; 工業以太網 1. 引言 　　隨著信息技術以及自動化領域的發展日新月異，當今自動化技術的發展日益受到信息技術（IT）以及已確立的標準（如TCP/IP等）的重大影響。在這種形勢影響下，近年來現場總線技術也不斷在飛速發展，并發生著重大的革新。表現為信息集成技術不僅可以使現場總線得到橫向擴展，而且為企業內部自動化系統間的全局通信提供了縱向擴展的解決方案。在1999 年Profibus 國際組織抓住了這一契機,開始尋求開放的Profibus技術用于企業內生產和企業管理層的解決方案。最終Profibus 國際組織開發出了一種自動化解決方案——PROFInet, 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層的IT直接通信。可以說ROFINET 是一項重大的并具有戰略性的技術創新，它不僅能為Profibus，而且能為其它現場總線網絡系統提供以太網移植服務。 2. PROFInet簡介 　　2.1 PROFInet概述 　　PROFInet是Process Field Net的縮寫，它是Profibus客戶、生產商與系統集成聯盟協會推出的在Profibus與以太網間全開放的通信協議，是新一代基于工業以太網技術的自動化總線標準。作為一項戰略性的技術創新，PROFInet為自動化通信領域提供了一個完整高性能并可升級的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術，可以完全兼容工業以太網和現有的現場總線（如Profibus）技術，保護現有投資。PROFInet可以實現在各種不同場合的應用，完成各種不同需求的控制任務，其功能包括8個主要的模塊，依次為實時通信、分布式現場設備、運動控制、分布式自動化、網絡安裝、IT標準和信息安全、故障安全和過程自動化。總的來說可用一條等式簡單而明了地描述PROFInet 方案：PROFInet = Profibus + 具有Profibus 和IT 標準Ethernet 的開放、一致的通信+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。 　　根據響應時間的不同，PROFInet支持下列三種通訊方式：TCP/IP標準通訊、實時RT（Real-Time）通訊、 同步實時IRT（Isochronous Real-Time） ）通訊。這三種選擇覆蓋了從管理層到工廠成的自動化范圍，是PROFInet的核心。 　　2.2 PROFInet與現場總線集成 　　由于PROFInet提供了與各種現場總線的開放的接口, 作為下一代的現場總線，不僅僅可以包容Profibus，而且 PROFInet可以從現有所有的現場總線解決方案到基于以太網的PROFInet的無縫轉換，且無需修改現有設備，從而極大保護了設備制造商、成套裝置或機器制造商和終端用戶的投資，這是將基于以太網的 PROFInet 技術應用于過程自動化的首要目標。并且該方案確保了具有廣泛的一致性, 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、管理和現場層用戶間的縱向通信（企業集成） 。 　　PROFInet提供了一個在PROFInet環境下協調現有Profibus和其它現場總線系統的模型。這表示，你可以構造一個由現場總線和基于以太網的子系統任意組合的混合系統。這就能夠進行從基于現場總線的系統向PROFInet 的連續技術轉移。 　　PROFInet 為連接現場總線提供了以下兩種方法： 　　（1）通過代理服務器的現場總線設備集成：在以太網上，代理服務器是一個或多個現場設備（例如：Profibus 上的現場設備）的代表。每個現場設備代表一個獨立的PROFInet組件。采用代理服務器方案，PROFInet 提供了從現有設備到新安裝的設備之間的全透明轉換。這種方法可以包含任何一種現場總線協議，在Profibus DP的情況下，一方面，代理服務器是Profibus主站，它協調Profibus節點的數據交換;另一方面，代理服務器是與PROFInet 通信的以太網設備。代理服務器可以作為（例如）PLC、基于PC 的控制或作為一個簡單的網關實現。 　　（2）整個現場總線應用集成：每個現場總線段可以作為組件模型框架內的PROFInet 組件集成，該組件又成為PROFInet的設備，使別的現場總線（如Interbus 、Profibus DP）處于PROFInet系統的較低級別。為了現有的裝備能夠與PROFInet 通信，PROFInet 組件中的現場總線主站必須具備PROFInet功能。這表示，在組件中采用現有現場總線機制（如Profibus DP），而在該組件的外部則采用PROFInet 機制。采用上述集成方案，PROFInet 不僅可以集成Profibus， 而且還可以集成其它現場總線系統如：FF，DeviceNet，Interbus，CC-Link 等。其做法是，定義一個總線專用的組件接口（用于相應總線所選擇的數據傳輸）的映像，并將它保存在代理服務器中。這就允許各種現場總線一下子就能與PROFInet 連接。 3. PROFInet與現場總線集成的具體應用 　　目前全世界范圍內，PROFInet應用還不廣泛，特別是在我國才剛剛起步，只有少數的公司和單位采用PROFInet方案。若要使PROFInet在自動化領域占有一席之地不能以替代現有系統作為解決方法，而應該能夠使這些系統簡單地融入PROFInet。因為最終用戶的控制系統都是經過了長期調試而比較穩定的，他們想要的只是通過更新生產線或擴展設備來升級現有的總線結構（無需因修改而發生任何額外費用），以達到提高生產力，降低成本等目的;且裝備和機器制造商希望能夠將其經過現場考驗的和文檔化的系列設備用在PROFInet 自動化項目中（無需作任何修改）。因此開發研究PROFInet與現有總線的集成應用成為PROFInet的關鍵技術之一。 　　由于Profibus在現場總線的應用中占有相當大的比例，所以本例以它為代表介紹PROFInet的集成研究。 　　通過下面的具體項目來說明如何實現PROFInet與PORFIBUS的集成： 　　現場被控設備有兩臺三容器液位裝置、兩個皮帶傳輸機、三臺立式電爐。三容器液位控制系統是一個雙輸入雙輸出的系統，通過控制水泵閥位的開度使三容器的液位達到我們的設定值。皮帶傳輸機是通過控制變頻器的頻率來改變皮帶傳輸機傳輸速度。立式電爐是一個雙輸入雙輸出的溫度場控制對象，通過控制占空比來控制電爐的溫度。 　　原先整個系統由三層網絡構成：底層是現場設備層，中間層為監控層，上層為信息管理層。現場設備層是以Profibus-DP總線為基礎，現場設備互連，集成了PLC系統的現場層分布式控制網絡Infranet;監控層是處于環形工業以太網Ethernet中。用三路Profibus-DP總線分別控制這三個對象：DP總站為西門子SIMATIC S7系列PLC;智能傳感器、執行器、變頻器等現場級設備等作為DP從站。 　　為了滿足現場層到管理層通信的連續性以增加生產過程的透明度優化公司的運作，現將具有Profibus和IT標準的開放透明的PROFInet引入到該系統中，用PROFInet替代Ethernet作為中間層，包括工廠對于車間設備的管理控制單元或軟件，通過上層信息管理層可與Internet相連。為了保證自動化系統的可靠性可以通過構成冗余的雙環形網絡來實現，這也是PROFInet的優勢之一：能夠創建靈活的網絡結構。我們可以通過PROFInet 與現場總線的接口來監控車間各設備的運行，達到對管理層和現場層流程化、理性化集成的目的。具體解決方案：原先用于控制三容器和電爐的Profibus 系統繼續使用，而皮帶傳輸機單元直接在PROFInet上進行更新和擴展。這樣原先的Profibus現場總線段以組件形式處于較低層，可看作是PROFInet上的現場設備，具體包括各被控對象的各個工段、控制器、執行元件、現場設備（如傳感器、儀表）、自動化設備等。在PROFInet標準中，對代理服務器能夠連接的Profibus設備（或別的總線設備）數目沒有限制，例如西門子產品支持64臺Profibus設備。原先的Profibus的現場設備則通過代理服務器與PROFInet通信。此時，一方面，代理服務器是Profibus主站，它協調Profibus節點的數據交換;另一方面，代理服務器是與PROFInet 通信的以太網設備。代理服務器可以作為PLC、基于PC 的控制或作為一個簡單的網關實現。 [align=center] 圖1 PROFInet與Profibus的集成應用網絡構架片斷[/align] 　　通信程序的獨立和代理服務器技術的使用使得已經存在的Profibus 系統可以無需作任何修改而完全保留下來繼續使用。所需要的就是在該新機器組態的工程設計時將這些組件之間的通信關系進行互連。當然，負責Profibus 系統的控制器（PLC）必須由以太網模塊（硬件和軟件）和代理服務器功能（軟件）來擴展。代理服務器功能確保了PROFInet 專用的視圖作為控制系統內的一個工藝技術模塊封裝。組件由機器或裝備的制造商創建為工藝技術模塊的映像。 　　通過本例可以說明Profibus和PROFInet 可相互獨立地共存于整個系統中;而且它突出表現出已經存在的子設備的簡單易行的集成。 　　今天，Profibus是世界范圍內唯一可覆蓋從工廠自動化場合到過程自動化應用的現場總線標準。集成Profibus現場總線解決方案的PROFInet是過程自動化領域應用的完美體驗。而且PROFInet成功地實現了工業以太網和實時以太網技術的統一，使得工業以太網技術向底層現場級控制的延伸成為可能。由于PROFInet完全透明的兼容傳統工業以太網和辦公室以太網，因此，通過使用PROFInet就可以在整個工廠內實現統一的網絡架構，真正實現了一網到底，為企業的信息化提供了堅實的通訊平臺，大大地提高了工廠的生產率。 4. 結論 　　盡管PROFInet在概念上不同于像Profibus那樣的現場總線系統，但是它已經成功地定義了從現場總線向以太網的全透明網絡轉換策略。可在基于PROFInet的系統中使用其Profibus產品，而不必做任何更改。目前已裝過程儀表在將來仍可在 PROFInet 環境中使用。起初，只有 Profibus DP 將被 PROFInet 所取代，Profibus PA、HART 和 FF 網絡保持不變。但現今各總線都可以融入到PROFInet。“用于過程自動化的 PROFInet”這一中心主題在 2006 年的一次 PI 顧問委員會會議中首先被提出。PI 的目標是在 2006年年末時，完成用于連接 Profibus PA 和 HART 設備的技術規范;FF 連接將在 2007 年討論。用于過程自動化、具有全面系統能力的 PROFInet 系統有望在 2008/2009 年實現。它意味著目前全世界80%的總線應用可以成功向下一代以太網現場總線自然過渡。 參考文獻： 　　[1] PROFInet Specification V2.0. S[EB/OL].http:∥www.Profibus.com. 　　[2] Popp M. PROFInet2linking worlds [A].2001 8th IEEE International Conference on [C]. 2001. 519 – 522 　　[3] 習博，方彥軍.從工業網到以太網工業數據傳輸與發布的解決方案.微計算機信息[J]，2005,21（2）:148-149 　　[4] Ferrari.P,Flammini. A,Vitturi.S. Performance analysis of PROFInet networks. Computer Standards & Interfaces[J], Apr2006, Vol. 28 Issue 4, p369-385, 17p 　　[5] Robertinit,A. PROFInet: the Future of the Ethernet2Based Automation[D]. IPLnet Workshop. 2003 　　[6] Profibus International. PROFInet_連接各個領域[J].儀器儀表標準化與計量,2001, 2 :24 - 27.