工业通讯标准PROFInet及其应用.docx
工业通讯标准PROFInet及其应用推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通讯协议关键词：PROFInetTCP/IPOPCDCOM1引言随着信息技术技术的飞速开展，当今自动化技术的开展正日益受到信息技术原理及其标准的重大影响。在自动化领域中集成信息技术可以为企业内部自动化系统间的全局通讯提供解决方案，基于工业以太网通讯标准的PROFInet通讯技术使这种集成成为可能。PROFInet是ProcessFieldNet的缩写，它是PROFIBUS客户、消费商与系统集成联盟协会推出的在PROFIBUS与以太网间全开放的通讯协议。PROFInet是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案，包括一整套完好高性能并可晋级的解决方案，可以为ROFIBUS及其他各种现场总线网络提供以太网移植效劳；PROFInet标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性，进而可以保护用户的投资与利益。PROFInet可以使工程与组态、试运行、操纵和维护更为便捷，并且可以与PROFIBUS以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。工程理论证实，在组建企业工控网络时采用PROFInet通讯技术可以节省近15%的硬件投资。2PROFInet通讯标准PROFInet可以提供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，它主要包含以下方面：1高度分散自动化系统的开放对象模型构造模型;2基于Ethernet的开放的、面向对象的运行期通讯方案功能单元间的通讯关系;3独立于制造商的工程设计方案应用开发。PROFInet方案可以用一条等式简单而明了地描绘:PROFInet=PROFIBUS+具有PROFIBUS和IT标准Ethernet的开放的、一致的通讯。2.1PROFInet设备的软件构造PROFInet设备的软件覆盖了现场设备的整个运行期通讯，基于模块化设计的软件包含假设干通讯层，每层都与系统环境一致。PROFInet软件主要包括一个RPCRemoteProcedureCall层，一个DCOMDistributedComponentObjectModel层和一个专门为PROFInet对象定义的层。PROFInet对象可以是ACCOActiveConnectionControlObject设备、RTautoRuntimeAutomation设备、物理设备或者逻辑设备。软件中定义的实时数据通道提供PROFInet对象与以太网间的实时通讯效劳。PROFInet通过系统接口连接到操纵系统如WinCE，通过应用接口连接到控制器如PLC。PROFInet的运行期软件位于一个目录固定的构造中，可以分为核心目录和系统应用目录。假设通讯开场而核心目录中的文件未改变，那么系统应用目录中的局部文件必须重建。所有的系统应用都是指向系统接口和应用接口，实现PROFInet设备的各项功能。PROFInet设备的软件构造可以用图1描绘如下:align=centerimg=406,348chuandong/uploadpic/THESIS/2020/4/2020040709403644614Y.jpg/img图1PROFInet设备软件构造/alignPROFInet设备的软件构造决定了PROFInet设备可以从企业治理层到现场层直接、透明地访问，并且提供对TCP/IP协议的绝对支持。PROFInet技术使企业用户可以方便地对现有的系统进展扩展和集成，是一种优化的工业以太网通讯标准。2.2PROFInet在现场设备上的移植作为一种开放的资源，PROFInet软件通过移植到设备上的TCP/IP协议栈来完成在其他设备制造商的产品中快速而简单地实现。详细经过为:首先将开放资源的RPC接口连接到TCP/IP协议栈和设备操纵系统中的系统集成;然后再将PROFInet协议栈的DCOMDiscreteComponentObjectModule机制集成到设备的操纵系统中;最后实现物理设备和逻辑设备对象、运行期对象和活动控制连接对象的设备专用的DCOM应用。为单个部件组装PROFInet设备时还必须用XML创立相应的描绘。一个PROFInet设备的XML文件中应包括以下数据：1PROFInet设备的名称和ID号;2PROFInet设备的IP地址，诊断数据的访问方式和设备连接方式;3PROFInet设备的硬件分配，设备接口以及为各接口定义的变量、数据类型与格式;4PROFInet设备在整个工程中的保存地址。PROFInet设备将它的所有功能封装到其软件中，并提供变量接口与其它的PROFInet设备相连。变量接口的每个变量都代表一个确定的子功能，包括运行、输入/输出使能、复位、完毕、停机、启动和错误。一个PROFInet设备中封装的可以是一个控制器、一个执行器甚至是一个控制网络。图2所示的PROFInet设备中封装了一个PROFIBUS-DP控制网络。align=centerimg=428,189chuandong/uploadpic/THESIS/2020/4/2020040709404122724A.jpg/img图2PROFInet设备的封装/alignPROFInet设备之间通过DCOM模块进展通讯。在PROFInet设备连接编辑器的图形界面中可以方便地实现各PROFInet设备间的连接。一个具有冲洗、灌装、封口和包装4个环节的饮料消费厂家的消费流程可以用4个PROFInet设备串连连接实现见图3。align=center图3PROFInet设备的连接/align所有设备的接口都在PROFInet中做了一致的定义，因此都可以灵敏地组合和重新使用，用户不必考虑各设备的内部运行机制。此外，PROFInet还集成了故障平安通讯标准行规PROFIsafe，知足对人员、设备和环境的全面平安的需求，可用于故障平安应用。3PROFInet通讯功能的实现PROFInet设备通讯功能的实现是基于传统的Ethernet通讯机制如TCP或者UDP，同时又采用RPC和DCOM机制进展加强。DCOM可视为用于基于RPC分布式应用的COM技术的扩展，可以采用优化的实时通讯机制应用于对实时性要求苛刻的应用领域。在运行期间，PROFInet设备以DCOM对象的形式映像，通过对象协议机制确保了DCOM对象的通讯。COM对象作为PDU以DCOM协议定义的形式出如今通讯总线上。通过DCOM布线协议DCOM定义了对象的标识和具有有关接口和参数的方法，这样就可以在通讯总线上进展标准化的DCOM信息包的传输。对于更高层次上的通讯，PROFInet可以采用集成OPCOLEforProcessControl接口技术的方式。3.1PROFInet的根本通讯方式PROFInet根据不同的应用场合定义了三种不同的通讯方式:使用TCP/IP的标准通讯;实时RTReal-time通讯和同步实时IRT通讯。PROFInet设备可以根据通讯要求选择适宜的通讯方式。PROFInet使用以太网和TCP/IP协议作为通讯根底，在任何场合下都提供对TCP/IP通讯的绝对支持。由于绝大多数工厂自动化应用场合对实时响应时间要求较高，为了可以知足自动化中的实时要求，PROFInet中规定了基于以太网层2的优化实时通讯通道，该方案极大地减少了通讯栈上占用的时间，进步了自动化数据刷新方面的性能。PROFInet不仅最小化了可编程控制器中的通讯栈，而且对网络中传输数据也进展了优化。采用PROFInet通讯标准，系统对实时应用的响应时间可以缩短到510ms。PROFInet同时还支持高性能同步运动控制应用，在该应用场合PROFInet提供对100个节点响应时间低于1ms的同步实时IRT通讯，该功能是由层2上内嵌的同步实时交换芯片ERTEC提供的。PROFInet的通讯循环如图4所示。align=centerimg=434,163chuandong/uploadpic/THESIS/2020/4/20200407094049246462L.jpg/img图4PROFInet通讯循环/align在PROFInet设备的一个通讯循环周期内，既包括IRT实时通讯，又包括TCP/IP标准通讯。PROFInet通讯技术在很多应用场合都能表达出其极大的优越性。工程理论说明，在同步运动控制场合采用PROFInet提供的IRT通讯，系统性能将比采用现场总线方案提升近100倍。3.2PROFInet与OPC的集成由于PROFInet与OPC均采用了DCOM通讯机制，因此PROFInet通讯技术可以很轻易地与OPC接口技术集成，以实现数据在更高通讯层次上的交换。OPC接口设备在工控领域的应用特别广泛，OPC接口技术定义了OPCDADataAccess与OPCDXDataExchange两个通讯标准，分别应用于传输实时数据和实现异类控制网络间数据的交换。在PROFInet中集成OPCDX接口可以实现一个开放的连接至其他系统，集成机制如下:1基于PROFInet的实时通讯机制，每个PROFInet节点可以作为一个OPC效劳器被寻址;2每个OPC效劳器可以通过标准接口而作为一个PROFInet节点被操纵。PROFInet的功能性远比OPC优越，PROFInet技术与OPC接口技术的集成不仅可以实现自动化领域对实时通讯的要求，还可以实现系统之间在更高层次上的交互。4PROFInet在自动化领域的应用PROFInet是一种优越的通讯技术，并已成功地应用于分布式智能控制。PROFInet为分布式自动化系统构造的实现开拓了新的前景，可以实现全厂工程彻底模块化，包括机械部件、电气/电子部件和应用软件。PROFInet支持各种形式的网络构造，使接线费用最小化，并保证高度的可用性。此外，十分设计的工业电缆和耐用的连接器知足EMC和温度要求并形成标准，保证了不同制造设备之间的兼容性。PROFInet不仅可以应用于分布式智能控制，而且还逐渐进入到经过自动化领域。在经过自动化领域，PROFInet针对工业以太网总线供电以及以太网本质在平安领域应用的问题正在形成标准或者解决方案，采用PROFInet集成的PROFIBUS现场总线可以为经过自动化工业提供优越的解决方案如图5所示:align=centerimg=426,238chuandong/uploadpic/THESIS/2020/4/2020040709405262725C.jpg/img图5PROFInet在经过自动化领域中的应用/align采用PROFInet通讯技术，不仅可以集成PROFIBUS现场设备，还可以通过代理效劳器Proxy实现其它种类的现场总线网络的集成。采用这种统一的面对将来的设计概念，工厂内各部件都可以作为独立模块预先组装测试，然后在整个系统中轻松组装或者在其他工程中重复使用。譬如对于一个汽车消费企业而言，PROFInet支持的实时解决方案完全可以知足车体车间、喷漆车间和组装部门等对响应时间的要求，在机械工程及发动机和变速箱消费环节中的车床同步等方面那么可使用PROFInet的同步实时功能。img=462,137chuandong/uploadpic/THESIS/2020/4/2020040709405796343P.jpg/img5完毕语PROFInet可以保证对现有系统投资的高度保护，并使工厂拥有创新标准的优越性。鉴于PROFInet通讯技术的优越性，目前已经有局部消费厂家如西门子，施奈德开场为他们消费的设备提供PROFInet接口。作为新一代的工业以太网通讯标准，PROFInet正在以前所未有的速度进入现场级的应用。0
