現(xiàn)場總線系列介紹之十：Profinet組織、技術(shù)與應(yīng)用

　　1.組織

　　1.1關(guān)于PI

　　PROFIBUS和PROFINET國際組織(PI)是世界上最大的自動化社區(qū)，負(fù)責(zé)管理PROFIBUS和PROFINET兩個最重要的自動化技術(shù)。

　　PI的全球供應(yīng)商、開發(fā)商、系統(tǒng)集成商和最終用戶涵蓋所有行業(yè)，共同的興趣在于促進(jìn)、支持和使用PROFIBUS和PROFINET。

　　全球和區(qū)域有超過1400家會員企業(yè)緊密合作，盡可能提供最好的自動化產(chǎn)品。世界上沒有任何其它現(xiàn)場總線組織具有這樣的全球影響力。這就是為什么PROFIBUS和PROFINET能夠成為世界領(lǐng)先的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

　　1.2愿景

　　在當(dāng)今嚴(yán)峻的商業(yè)環(huán)境中，只有一種方式才能獲得成功，那就是盡可能使用最好的自動化。在制造工廠，最好的自動化則完全取決于擁有最好的網(wǎng)絡(luò)和通信!

　　作為全球首屈一指的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PROFIBUS和PROFINET提供了卓越的通信功能，保證了工廠的控制器、監(jiān)控系統(tǒng)和管理計算機(jī)能夠和諧、高效、快捷地工作。

　　PI是PROFIBUS和PROFINET的國際組織，也與其它自動化組織密切合作，確保這一愿景能夠?qū)崿F(xiàn)。PI還鼓勵和支持新技術(shù)，如IO-LINK，做為下一代先進(jìn)傳感器和執(zhí)行器的通信解決方案，擴(kuò)展更多的可能性。

　　PI自動化解決方案提供了與先進(jìn)技術(shù)結(jié)合的選擇，心中的目標(biāo)只有一個--為客戶提供企業(yè)領(lǐng)域的最佳運(yùn)營成效。

　　1.3成員

　　PI在全球擁有的成員超過1400家。其中包括了所有的領(lǐng)先自動化供應(yīng)商，加上許多最終用戶和其他組織，如世界各地的大學(xué)，通過使用先進(jìn)技術(shù)，提高了市場上的競爭力并且獲益。

　　PI最重要的目標(biāo)是使PROFIBUS和PROFINET技術(shù)不斷發(fā)展，為最終用戶轉(zhuǎn)移知識并保護(hù)用戶投資。

　　該組織的成員可以是硬件、軟件和系統(tǒng)供應(yīng)商，也可以是最終用戶和運(yùn)營商、科研機(jī)構(gòu)和聯(lián)合會，他們的目的是對PI和各自地區(qū)PI協(xié)會(RPA)提供支持。

　　供應(yīng)商成員受益于全球范圍的專家建議和一系列連續(xù)的市場推廣和教育活動。多數(shù)地區(qū)的PI協(xié)會非?；钴S，舉辦共同營銷和教育活動，如交易會、研討會、論壇、講習(xí)班和基于互聯(lián)網(wǎng)的活動，如網(wǎng)絡(luò)研討會。

　　成員單位也受益于一系列的文件，涵蓋規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、行規(guī)和工程咨詢，這些都可以免費(fèi)從網(wǎng)站獲得。成員可訪問網(wǎng)站并下載所需要的文件。

　　會員的收益還有：

　　· 成為PROFI網(wǎng)絡(luò)工作者：成為PI全球網(wǎng)絡(luò)的一部分，并用它影響PI的將來和技術(shù);

　　· 手中握有全球良好的技術(shù)：PI為你管理技術(shù)的發(fā)展，讓你輕松訪問技術(shù)資料;

　　· 產(chǎn)品推廣：通過公共的全球市場進(jìn)行銷售，包括在線產(chǎn)品搜索;

　　· 免費(fèi)使用的商標(biāo)標(biāo)識和營銷材料;

　　· 由專家和第一手資料支持的網(wǎng)絡(luò)實施和維護(hù);

　　· 信息和培訓(xùn)：教育機(jī)會，包括培訓(xùn)和使用全球的PI資格中心(PICC)和PI培訓(xùn)中心(PITC)網(wǎng)絡(luò);

　　· 通過免費(fèi)使用專利和技術(shù)文件，更快、更容易地開發(fā)產(chǎn)品;

　　· 節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)成本：資格認(rèn)證的支持和免費(fèi)的測試產(chǎn)品證書;

　　· 如果需要了解會員更多的詳細(xì)內(nèi)容，可下載有關(guān)文件獲取更多信息。

　　1.4區(qū)域PI協(xié)會

　　區(qū)域PI協(xié)會(RPA)是世界各地PI的代表。每個RPA都通過本地的活動在本地區(qū)支持PROFIBUS和PROFINET。目前，在世界各地有27個本地組織。

　　· 找到本地的合作伙伴

　　· 區(qū)域聯(lián)系

　　對于各地的成員，當(dāng)?shù)氐腞PA是成員的聯(lián)系點。PRA必須滿足一系列由PI制定的標(biāo)準(zhǔn)，并具有發(fā)展本地會員的資格。他們還要負(fù)責(zé)本地區(qū)內(nèi)的活動，推進(jìn)PROFIBUS和PROFINET的品牌和技術(shù)。這些活動包括市場營銷、交易會、研討會、講習(xí)班和新聞發(fā)布會，并在當(dāng)?shù)胤g和出版相關(guān)資料。對于新的開發(fā)者和用戶，PRA可能是一個最好的“第一接觸點”。

　　PRA與很多本地化機(jī)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，包括PI資格中心、測試實驗室和培訓(xùn)中心。PRA在一年中會組織幾次會議，討論共同的問題，并更新最新的發(fā)展動態(tài)。

　　1.5機(jī)構(gòu)與支持

　　為了確保產(chǎn)品和設(shè)備的高品質(zhì)，以及為客戶提供合格的技術(shù)支持與咨詢服務(wù)，PI設(shè)立官方機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)包括PI資格中心，PI培訓(xùn)中心和PI測試實驗室。

　　通過審計，定期走訪和現(xiàn)場巡查，PI確保這些機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的質(zhì)量水平，并能對世界各地提供支持。

　　· 認(rèn)證人員

　　PI與區(qū)域PI協(xié)會和PITC合作，為希望成為認(rèn)證工程師或PROFIBUS和PROFINET設(shè)備安裝者的人員，提供正式的培訓(xùn)課程。

　　這些課程全年定期在世界各地舉行?？稍诰W(wǎng)站查看即將到來的課程列表。

　　認(rèn)證工程師或安裝人員可以通過“認(rèn)證標(biāo)識”確認(rèn)他們的身份。他們的名字也列在網(wǎng)站上，以便最終用戶尋求他們對PROFIBUS或PROFINET網(wǎng)絡(luò)的支持，這樣可以很容易地找到一個合適的人選。通過認(rèn)證的人員可以確保工作按照最高的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，有資格的人員知道最新的技術(shù)。

　　· 工作組

　　PI承擔(dān)的所有項目 -- 從寫PROFIBUS和PROFINET的最初規(guī)范到組織大型的營銷活動 --都委托給項目/工作組-- 來自成員公司的專家志愿者。目前，有50多個項目/工作組正開展相關(guān)工作，參加的人數(shù)超過了500。由PI發(fā)起，技術(shù)委員會(TC)負(fù)責(zé)成立和組建項目/工作組。

　　PI中的每個成員都有參加這些項目/工作組的權(quán)利。

　　沒有哪個現(xiàn)場總線組織具有這樣的專業(yè)能力、承諾和人力資源，把PI的項目/工作組帶入現(xiàn)代自動化。通過在行業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化和一致性解決方案，PI確保工廠運(yùn)營人員可以優(yōu)化生產(chǎn)線，實現(xiàn)利潤最大化。

　　· 問，看，聽，學(xué)

　　PI的研討論壇是由PI社區(qū)專家推出的一種非常好的方式。由專家解答問題并在知識庫存檔，結(jié)果為所有人共享。

　　PROFIBUS&PROFINET論壇–歡迎大家加入PI論壇討論問題!

　　· 博客與社交媒體

　　博客和社交媒體平臺是一種樹立社區(qū)意識的重要方法?？梢宰孭I專家表達(dá)他們自己的想法，更重要的是，他們可以與你進(jìn)行互動。你可以向別人學(xué)習(xí)知識，同時讓別人了解你的觀點。不要害怕參與討論，反饋意見有助于我們提高服務(wù)和產(chǎn)品水平。

　　PROFIBlog–是由PROFIBUS&PROFINET北美的卡爾·亨寧所創(chuàng)建的博客。

　　去社交媒體平臺“星”(Xing)和“領(lǐng)英”(LinkedIn)會見我們的PROFIBUS&PROFINET群體吧。

　　1.6全球協(xié)作

　　PI與志同道合的組織在自動化方面擴(kuò)展了合作范圍。PI相信：這種方法可以為最終用戶提供專業(yè)知識、經(jīng)驗和資源，增加價值，追求共同的目標(biāo)，從而幫助他們緊跟全球自動化的發(fā)展。

　　PI與多個組織合作，如DKE、IEC、ISA、NAMUR、AIDA、大學(xué)，當(dāng)然還有最終用戶和供應(yīng)商社區(qū)。此外，還與Interbus組織緊密合作，為他們首選PROFINET提供工業(yè)以太網(wǎng)的解決方案。

　　三項重要的技術(shù)合作有：

　　· ECT(EDDL合作團(tuán)隊)-- EDDL，或電子設(shè)備描述語言，是主要制造廠家描述數(shù)字設(shè)備的訪問信息。在過程工業(yè)，有超過1500萬臺設(shè)備使用電子設(shè)備描述。主要的過程控制系統(tǒng)和維護(hù)工具供應(yīng)商都使用該技術(shù)，用來支持設(shè)備的診斷和校準(zhǔn)。詳情可訪問EDDL網(wǎng)站。

　　· FDI(現(xiàn)場設(shè)備集成)-- 該項目旨在開發(fā)一種單一接口，提供結(jié)合FDT(現(xiàn)場設(shè)備工具)和EDDL(見上文)技術(shù)的公共解決方案。 FDT標(biāo)準(zhǔn)化了現(xiàn)場設(shè)備與系統(tǒng)之間的通信接口。它獨(dú)立于通信協(xié)議，以及設(shè)備或主機(jī)系統(tǒng)的軟件環(huán)境。 FDI將利用OPC基金會統(tǒng)一架構(gòu)(UA)技術(shù)的先進(jìn)功能。OPC是另一個全球自動化組織，與PI有著密切聯(lián)系。詳情可訪問FDT的網(wǎng)站。

　　· WCT(無線合作小組)-- 聯(lián)合項目，在HART有線通信的基礎(chǔ)上，在過程工業(yè)優(yōu)化使用無線技術(shù)WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.技術(shù)

　　2.1概述

　　· PROFINET -- 領(lǐng)先的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

　　PROFINET已成為市場上領(lǐng)先的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。這種在全球建立并面向未來的技術(shù)得到了許多產(chǎn)品供應(yīng)商的支持，從而確保了長期可持續(xù)發(fā)展并保護(hù)用戶的投資。

　　在市場上使用的PROFINET設(shè)備數(shù)量，在近幾年的增長高于平均水平：到2013年底，安裝的設(shè)備超過7600000臺，而且數(shù)量不斷增長...

　　· 所有的工業(yè)和分支

　　PROFINET使用與辦公室和IT部門相同的以太網(wǎng)。然而，它的能力得到了加強(qiáng)，以滿足工業(yè)應(yīng)用中遇到的最苛刻的條件。

　　無論工業(yè)應(yīng)用涉及的是工廠自動化、過程自動化、或驅(qū)動器(帶或不帶功能安全)，PROFINET都是全線的首選。由于該技術(shù)已是汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，所以還可廣泛用于機(jī)械制造，并經(jīng)過食品、包裝、物流等行業(yè)的充分驗證，在所有應(yīng)用領(lǐng)域都可以找到PROFINET的用例。

　　· PROFINET是專為工業(yè)自動化環(huán)境而設(shè)計

　　2.2收益

　　· 覆蓋了所有的通信要求

　　憑借其集成的、基于以太網(wǎng)的通信，PROFINET可以滿足各種工業(yè)需求，從數(shù)據(jù)密集型參數(shù)分配到同步I/ O信號傳輸。在所有應(yīng)用中可使用相同的電纜完成通信，而且包括了從簡單的離散控制到非常苛刻的運(yùn)動控制。在PROFINET網(wǎng)絡(luò)中，可以進(jìn)行基于TCP/ IP的通信，例如，從控制室進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備診斷或通過因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，他們的實施是可以并行完成的。

　　· 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　PROFINET具有靈活的線形、環(huán)形和星形結(jié)構(gòu)，PROFINET IO可滿足現(xiàn)有工廠的各種需求，從而消除了昂貴的定制解決方案。因為該方案完全基于標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，可以容易地結(jié)合有線和無線的物理層傳輸。其結(jié)果是，無線以太網(wǎng)(WLAN)和藍(lán)牙(blue tooth)可以透明地集成到該解決方案，其中包括實時數(shù)據(jù)。

　　· 提高可用性

　　PROFINET IO集成了冗余解決方案，從基于IT機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)冗余，為快速控制過程實現(xiàn)無擾切換，到為連續(xù)過程的相關(guān)應(yīng)用實現(xiàn)控制系統(tǒng)冗余。此外，先進(jìn)的診斷理念可以對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和所有設(shè)備狀態(tài)提供重要數(shù)據(jù)。這確保了不同廠商的產(chǎn)品、不同位置的設(shè)備都能診斷。這種預(yù)診斷集成機(jī)制提高了生產(chǎn)線的可用性。

　　· 功能安全深度集成

　　PROFIBUS已證明的PROFIsafe安全技術(shù)也可用于PROFINET IO。通過單一電纜，可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)控制與功能安全的通信，開辟了一種全新的通用與安全一同通信的模式。

　　· 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的統(tǒng)一集成

　　對于現(xiàn)有使用現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)設(shè)備的集成，PROFINET IO的模塊化設(shè)備模型采用現(xiàn)場總線特定代理規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。這就確保了一致的尋址、參數(shù)分配、現(xiàn)場總線診斷。

　　2.3如何實現(xiàn)

　　每個設(shè)備開發(fā)項目都需經(jīng)歷產(chǎn)品開發(fā)周期。在這個階段，PI和其他成員公司可以為你提供全面的信息和支持。

　　· 咨詢

　　為了讓你熟悉PROFINET，你可以利用現(xiàn)有的咨詢服務(wù)、書籍、小冊子進(jìn)行學(xué)習(xí)，你也可以通過課程、研討會和學(xué)習(xí)班的形式進(jìn)行培訓(xùn)。

　　· 實施/ 硬件(HW)/軟件(SW)設(shè)計

　　根據(jù)你需要的功能，可以為每種用例選擇最合適的實施方法。原則上講，可以使用以下選項：

　　o 標(biāo)準(zhǔn)微控制器單元(MCU)具有集成或外部標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器或FPGA;

　　o FPGA具有內(nèi)部或外部標(biāo)準(zhǔn)的或IRT功能的交換機(jī);

　　o 模塊具有標(biāo)準(zhǔn)微控制器或微處理器具有IRT硬件的支持;

　　o 微控制器具有IRT硬件支持和IRT功能的交換機(jī)。

　　各種入門套件和評估板幾乎可用于所有的實現(xiàn)方法。

　　· GSD

　　為了快速、輕松地配置自動化系統(tǒng)，現(xiàn)場設(shè)備制造商必須為他們的設(shè)備提供PROFINET設(shè)備描述文件。這種通用站點描述文件(GSD文件，基于XML)是相應(yīng)PROFINET現(xiàn)場設(shè)備的描述，包含需要配置設(shè)備的所有信息。

　　· 認(rèn)證

　　為了確保不同廠家現(xiàn)場設(shè)備的互操作性和符合性，由認(rèn)可測試實驗室進(jìn)行設(shè)備認(rèn)證是由PI規(guī)定強(qiáng)制執(zhí)行的。其結(jié)果是，保證了最終客戶的設(shè)備有一個高水平的可用性，使你和設(shè)備制造商的應(yīng)用成本風(fēng)險顯著降低。

　　3.應(yīng)用案例

　　3.1一覽無遺(荷蘭)

　　項目

　　普萊馬格茲(Primagaz)公司位于荷蘭的聚特芬，是一家供應(yīng)丙烷氣體的公司，供氣的方法是使用卡車裝載、運(yùn)送、卸載丙烷氣體，用戶遍布全國各地。在現(xiàn)場，氣體貯存在大罐中，因安全原因，存儲罐都埋在地下，并有特殊的砂子包圍，形成保護(hù)層。

　　為了確保整個站點的安全，系統(tǒng)集成商清視(Clearvision)實施了基于PROFINET的系統(tǒng)解決方案，監(jiān)測不同的區(qū)域。

　　方案

　　清視公司的經(jīng)理亨克?尤妮森負(fù)責(zé)開發(fā)和安裝系統(tǒng)，他介紹說：“該解決方案最重要的功能是保護(hù)站點的安全。除了通常的圍欄，還安裝了大燈阻止未經(jīng)授權(quán)人員進(jìn)入站區(qū)。此外，用攝像系統(tǒng)保護(hù)和監(jiān)控站點?！?/FONT>