關(guān)于PROFInet以太網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)的研究及應用

1、引言

　　代表全世界1200多家會(huì )員公司的PROFIBUS國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)為當前的用戶(hù)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略性的技術(shù)創(chuàng )新，它不僅能為PROFIBUS，而且能為其它現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統提供以太網(wǎng)移植服務(wù)。

　　PROFIBUS是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，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規定一種串行現場(chǎng)總線(xiàn)系統的技術(shù)特性和功能，用這種系統可將現場(chǎng)中的分布式自動(dòng)化設備在低和中等性能范圍內（分別為傳感器/執行器和單元層）相互連接成網(wǎng)絡(luò )。PROFIBUS訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)方法是符合歐洲標準EN50170標準規定的，即附屬有主/從站輪詢(xún)的令牌傳遞原理。

　　PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在過(guò)程和制造工業(yè)的應用中，能節省大量線(xiàn)纜、槽架、連接件，減少了系統的設計、調試、維護時(shí)間，方便地實(shí)現了現場(chǎng)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(jìn)入公共數據網(wǎng)絡(luò )創(chuàng )造了條件。與地點(diǎn)無(wú)關(guān)的控制、高速通信、靈活的拓撲結構、真正的可互操作性和開(kāi)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(kāi)放的、一致的分散自動(dòng)化為特點(diǎn)。由于顯著(zhù)地減少了用于機器及設備的組態(tài)和操作的時(shí)間和開(kāi)銷(xiāo)，因此這些系統具有許多重要的優(yōu)點(diǎn)。

　?。?）工業(yè)自動(dòng)化的新前景

　　有效提高工廠(chǎng)生產(chǎn)力始終是永恒的目標。工廠(chǎng)希望投資使生產(chǎn)能夠快速應對最新的市場(chǎng)需求，縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)間，這就需要根據工廠(chǎng)范圍內的連續信息流，用于戰略決策：從生產(chǎn)第一線(xiàn)，到工廠(chǎng)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(kāi)放式、跨供應商標準的PROFINET，即可從公司管理層直到現場(chǎng)層實(shí)現直接、透明的訪(fǎng)問(wèn)。PROFINET基于現有成熟IT標準，并提供對TCP/IP的全面支持。用戶(hù)能夠毫不費力地與現有系統進(jìn)行擴展及便捷集成。

2、目標

　　在1999年，隨著(zhù)不同領(lǐng)域IT的融合，PROFIBUS國際組織抓住了這一契機，并開(kāi)始尋求開(kāi)放的PROFIBUS技術(shù)用于企業(yè)內生產(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的PROFIBUS技術(shù)為基礎的系統各部分之間的無(wú)縫集成。對于PROFInet，由于它提供了與各種現場(chǎng)總線(xiàn)的開(kāi)放的接口，其開(kāi)放性已有了進(jìn)一步的擴展。這就允許所有總線(xiàn)的解決方案容易地集成到PROFInet系統中。

　　進(jìn)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(hù)使用同樣的機制進(jìn)行通信和協(xié)同運行。這方面既包括自動(dòng)化設備間的橫向通信（自動(dòng)化集成）也包括辦公室、管理和現場(chǎng)層用戶(hù)間的縱向通信（企業(yè)集成）。面向對象的部件模型提供了這一方案的基礎。

圖1：具有PROFInet的工業(yè)通信

　　PROFInet方案尤其注重基于統一數據模型的統一的、工廠(chǎng)范圍的工程，并認為有必要通過(guò)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(guān)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)化系統的所有運行階段。它包含下列主要方面：

　　·高度分散自動(dòng)化系統的開(kāi)放對象模型（結構模型）

　　·基于Ethernet的開(kāi)放的、面向對象的運行期通信方案（功能單元間的通信關(guān)系）

　　·獨立于制造商的工程設計方案（應用開(kāi)發(fā)）

　　根據此方案，PROFIBUS國際組織現已開(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(xiàn)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(kāi)發(fā)。

　　部件以對象的形式建立，對象通過(guò)已定義的接口進(jìn)行相互間的通信。一種COM接口具有指定數量的功能，在“接口定義語(yǔ)言”（IDL）中對這些功能作了描述。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)現接口（這涉及已定義接口的實(shí)現和它的語(yǔ)義（服務(wù)））。就用戶(hù)而言，COM部件只不過(guò)是一些接口的號碼。通過(guò)調用一個(gè)接口的功能，客戶(hù)可存取這類(lèi)部件的服務(wù)。