关于PROFInet以太网现场总线的研究及应用

1、引言

　　代表全世界1200多家会员公司的PROFIBUS国际组织推出了基于实时工业以太网的PROFINET自动化解决方案。该技术为当前的用户提供了一套完整高性能可伸缩的升级至工业以太网平台的解决方案。PROFINET是一项重大的并具有战略性的技术创新，它不仅能为PROFIBUS，而且能为其它现场总线网络系统提供以太网移植服务。

　　PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS由3个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS规定一种串行现场总线系统的技术特性和功能，用这种系统可将现场中的分布式自动化设备在低和中等性能范围内（分别为传感器/执行器和单元层）相互连接成网络。PROFIBUS访问总线方法是符合欧洲标准EN50170标准规定的，即附属有主/从站轮询的令牌传递原理。

　　PROFIBUS现场总线技术在过程和制造工业的应用中，能节省大量线缆、槽架、连接件，减少了系统的设计、调试、维护时间，方便地实现了现场控制设备之间以及设备与控制管理层之间的联系，为控制信息进入公共数据网络创造了条件。与地点无关的控制、高速通信、灵活的拓扑结构、真正的可互操作性和开放性等高级功能的特征使其具有强大优势和广阔发展前景。因此，PROFInet包含了所有重要的方面，这些方面以开放的、一致的分散自动化为特点。由于显著地减少了用于机器及设备的组态和操作的时间和开销，因此这些系统具有许多重要的优点。

　　（1）工业自动化的新前景

　　有效提高工厂生产力始终是永恒的目标。工厂希望投资使生产能够快速应对最新的市场需求，缩短新产品的上市时间，这就需要根据工厂范围内的连续信息流，用于战略决策：从生产第一线，到工厂控制层，直到管理层。因此信息技术，特别是基于生产自动化的信息技术将成为推动生产效率、降低生产成本和企业创新的主要力量。

　　（2）通过PROFINET，实现创新的工业以太网标准

　　采用基于工业以太网的开放式、跨供应商标准的PROFINET，即可从公司管理层直到现场层实现直接、透明的访问。PROFINET基于现有成熟IT标准，并提供对TCP/IP的全面支持。用户能够毫不费力地与现有系统进行扩展及便捷集成。

2、目标

　　在1999年，随着不同领域IT的融合，PROFIBUS国际组织抓住了这一契机，并开始寻求开放的PROFIBUS技术用于企业内生产和企业管理层的解决方案。

　　目标之一是寻找一种纵向扩展的结构，一方面这种结构允许现有的开放性能全面地良好地保存下来;另一方面，允许以广泛可用的传统的PROFIBUS技术为基础的系统各部分之间的无缝集成。对于PROFInet，由于它提供了与各种现场总线的开放的接口，其开放性已有了进一步的扩展。这就允许所有总线的解决方案容易地集成到PROFInet系统中。

　　进一步的目标是确保具有广泛的一致性，它使得各种层次的用户使用同样的机制进行通信和协同运行。这方面既包括自动化设备间的横向通信（自动化集成）也包括办公室、管理和现场层用户间的纵向通信（企业集成）。面向对象的部件模型提供了这一方案的基础。

图1：具有PROFInet的工业通信

　　PROFInet方案尤其注重基于统一数据模型的统一的、工厂范围的工程，并认为有必要通过图形、文本或基于脚本（script）的对象互连建立应用，因为这使处理工具既直观又容易。

　　PROFInet—办公室和自动化领域开放的、一致的连接

　　PROFInet方案覆盖了分散自动化系统的所有运行阶段。它包含下列主要方面：

　　·高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）

　　·基于Ethernet的开放的、面向对象的运行期通信方案（功能单元间的通信关系）

　　·独立于制造商的工程设计方案（应用开发）

　　根据此方案，PROFIBUS国际组织现已开发了一种自动化解决方案，该方案不仅允许所有总线的供应商互相连接，而且也能与较高企业层的IT直接通信。

3、对象模型

　　PROFInet的结构方案基于微软定义的COM对象（ComponentObjectModel部件对象模型）。这就允许以成品部件为基础的应用开发。

　　部件以对象的形式建立，对象通过已定义的接口进行相互间的通信。一种COM接口具有指定数量的功能，在“接口定义语言”（IDL）中对这些功能作了描述。一个部件支持一个特定的接口（采用某些方法仔细定义的接口），这实际上就如人们所说的那样:以部件实现接口（这涉及已定义接口的实现和它的语义（服务））。就用户而言，COM部件只不过是一些接口的号码。通过调用一个接口的功能，客户可存取这类部件的服务。

PROFInet辨别工程系统中的对象（ES对象）和运