PROFINET - 自动化领域的以太网标准

PROFINET 是全球领先的工业自动化以太网标准，所安装的节点数已超过 580 ¹⁾ 万个。

PROFINET 通过加快生产过程、提高生差率和提高工厂可用性来推动公司的成功。

¹⁾来源：PROFIBUS 和 PROFINET 国际组织 (PI) ，2013 年版

产品优势一览：

灵活性

由于产品生命周期越来越短，快速响应和优化的流程便成为在全球市场上的竞争中获胜的先决条件。

PROFINET 可确保工厂结构和生产过程中的最高灵活性，并可用来实现创新的机器设备方案。例如，可以将移动式设备集成到相对不易访问的地点。

IWLAN

PROFINET 还支持与工业无线局域网之间的无线通信，从而开创了全新的应用领域。例如，可以将接触这样的易磨损技术替换，并可以采用自动引导车辆系统以及移动式操作员面板。

安全性

PROFIsafe 安全规范，已经使用PROFIBUS 进行了验证，可以在单个总线电缆上传输标准数据和安全相关数据，也能与PROFINET 组合使用。无需专用网络组件即可实现故障安全通信；标准交换机和标准网络转换的使用也无任何限制。另外，通过工业无线 LAN (IWLAN)，还可实现故障安全通信。

灵活的拓扑结构

除了现有现场总线所具有的直线拓扑外，PROFINET 还可以采用星形、树形和环形拓扑。 通过采用有源网络组件（如工业以太网交换机和介质转换器）的交换技术，或通过将交换机功能集成到现场设备中，即可实现这些拓扑结构。 这样就会提高机器设备规划的灵活性，并节约布线成本。

PROFINET 网络的安装无需任何专门知识，并且此网络可满足与工业环境相关的全部要求。PROFINET 指南“布线和互连技术”为厂商和用户提供了网络安装支持。根据具体的应用，可以使用铜质对称电缆或者 RFI 屏蔽型光纤电缆。 使用标准、可靠耐用的插入式连接器（防护等级高达 IP65/IP67），可以方便地连接不同生产商的设备。

由于设备中集成了交换机功能，因此可基于现有设备或工厂结构来组态拓扑。这可以极大地节省电缆布线费用，并减少例如外部交换机等的组件数量。

开放式标准

PROFINET 是一种独立于供应商的开放式标准 (IEC 61158/61784)，得到 PROFIBUS 和 PROFINET 国际组织 (PI) 的支持。它代表着最高透明度、开放式 IT 通信、网络安全和同时实时通信。

由于具有开放性，PROFINET 为在工厂中实现统一自动化网络奠定了基础，所有机器设备都可与之相连。例如，通过使用网络转换设备，也可以顺利地使用 PROFIBUS 来集成工厂的现有部分。

通过代理的现场总线集成

Web 工具的使用

PROFINET 支持 TCP/IP 而不带任何限制，从而允许使用标准 Web 服务，如设备中的 Web 服务器。无论使用何种工具，都可以通过市场上的 Internet 浏览器，随时随地访问自动化层的信息。这在很大程度上减少了调试和诊断工作量。

每个用户都可以自己决定其机器设备所允许的 IT 开放程度。因此，PROFINET 既可轻松作为独立的工厂网络使用，也可连接到办公网络或者通过适当的安全模块（例如，SCALANCE S 模块）连接到 Internet。从而实现新的远程服务方案，甚至快速交换生产数据。

可扩展性

一方面，通过 PROFINET 可毫不费力地集成现有系统和网络。这样，PROFINET 就可以为通过 PROFIBUS 和其他现场总线（如 AS-Interface）进行通信的现有工厂设备提供投资保护。

另一方面，可以随时增加另外的 PROFINET 站。 甚至在运行期间，也可使用附加网络组件（有线和无线）对网络基础设施加以扩展。

效率

全球竞争迫使公司必须经济而高效地部署其资源。 这尤其适用于生产PROFINET 可确保效率的提高。

简便的工程组态可保证快速调试；通过采用性能可靠的设备，可实现极高的工厂可用性。全面的诊断和维护方案有助于最大限度缩短停产时间，降低维护成本。

一条电缆，多种用途

PROFINET 允许通过一条电缆同时进行等时同步现场总线通信和标准 IT 通信 (TCP/IP)。这种实时通信是在一条电缆上进行的，用于传输用户/过程数据以及诊断数据。无需附加布线开销，即可以集成进特殊协议通信（PROFIsafe、PROFIdrive 和 PROFIenergy）。这种解决方案提供了广泛的功能，复杂性较低。

设备和网络诊断

PROFINET 通过保留经过现场证明的 PROFIBUS 设备型号，提供了相同诊断信息。此外，设备诊断还包括从设备中读出与模块和通道有关的特定数据。因此，可以简便、快捷地确定故障的位置。除了追求设备信息的可用性之外，其网络管理还将网络运行可靠性设定为优先级最高的目标。

简单网络管理协议 (SNMP) 现已成为现有网络早已采用的一种事实标准，适用于网络组件及其功能的维护与监视。PROFINET 采用这一标准，并可让使用户使用熟悉的工具（如 SINEMA Server 网络管理软件）来维护网络。

为了促进在本地维护 PROFINET 设备或通过 VPN 连接进行远程维护，可在现场设备的内置 Web 服务器上创建采用熟悉的 HTML 标准的专用 Web 站点。

能源效率

实现绿色工厂 PROFIenergy

PROFIenergy 行规提供了支持高效节能生产的 PROFINET 现场设备的功能与机制。

配置文件由 PNO 定义且与供应商和设备无关，据此，用户可以显著地节省能量消耗和成本：通过 PROFIenergy，可以将不需要的特定负载关断。这样就会在生产间歇期间显著降低能源成本。PROFIenergy 可促进自动激活和停用与工艺相关的工厂部分。协调是借助于上位控制器集中进行的，而联网则通过 PROFINET 来实现。这意味着在较长的间歇期间，可尽可能多地节约能源。短时间关断相关工厂部分有助于能源的均匀分配和高效利用。

通过将 PROFIenergy 集成到人们熟知的产品系列中，机器设备制造商可更方便地对 PROFIenergy 加以利用。另外，通过 PROFIenergy，还可以在以后将必要的函数块集成到现有自动化系统中。

能耗（不采用 PROFIenergy）

能耗（采用 PROFIenergy）

电缆布线简便

在工业环境中安装电缆必须要符合严格的要求。还要求在不具备专门知识的情况下，在最短时间内建立没有差错的工业标准网络。

西门子提供了 FastConnect 这个满足所有这些要求的系统：FastConnect 是一个工业标准布线系统，它符合多种标准，包括电缆、连接器以及 PROFINET 网络的组装工具。

由于仅使用一个工具即可方便地安装，在很短时间内即可连接好终端设备；实用的颜色编码可以避免安装错误。通过这种方式，可在现场组装铜缆和玻璃纤维光缆。

快速更换设备

PROFINET 设备可通过组态时分配的名称来识别。当更换故障设备时，IO 控制器可通过拓扑信息识别出新设备，并会自动为其指定一个名称。因此在更换设备时，无需使用组态工具。

这种机制也可在整个工厂的初始调试期间使用。因此，尤其可对系列机器进行快速调试。

坚固耐用性

自动化网络必须能够抗大多数外部干扰源。交换式以太网的采用可以放置网络中某个部分出现的故障影响整个工厂网络。PROFINET 可以采用光缆，尤其是在对电磁干扰极为敏感的区域内。

性能

生产效率和产品质量决定能够在市场上获得成功。因此，精密的运动控制、动态传动装置、高速控制器以及各装置间的确定性同步成为取得精良生产的关键因素。有了这些因素，就可实现较高生产速度以及最优产品质量。

速度和精度

高速运动控制应用需要精确和确定性的数据交换。由于采用等时同步实时 (IRT) 传动系统控制，这种数据交换得以实现。

PROFINET 由于具有 IRT 和等时同步模式，可实现高速和确定性通信。在进行并行 TCP/IP 通信时，还可对系统的不同循环（输入、网络、CPU 处理和输出）进行同步。PROFINET 的循环时间很短，因此可以提高机器设备的生产效率，确保通过高精度来获得高产品质量。

通过标准化的 PROFIdrive 驱动技术行规，可在 CPU 和驱动装置之间进行不依赖于厂商的通信。

大数量结构

通过采用 PROFINET，可以轻松克服以前对所实现的机器设备与系统设置的各种限制。借助 PROFINET，一个 SIMATIC 控制器现在可以管理最多 256 个现场设备。

在网络中，多个控制器可与分配给它们的现场设备通信。每个 PROFINET 网络允许的现场设备数量几乎没有任何限制，整个 IP 地址段都可使用。

高传输速率

通过使用 100 Mbit/s 及全双工模式，PROFINET 可实现比以往现场总线更高的传输速率。因此，过程数据和其它工厂数据可毫无问题地通过 TCP/IP 进行传输。通过这种方式，PROFINET 满足了同时传输高速 IO 数据以及应用的其它部分中的大量数据的工业要求。由于采用 PROFINET 机制，甚至传输由摄像头采集的这种大量数据也不会影响 IO 数据传输的速度和精度。

冗余

通过冗余安装（环网技术），可实现更高工厂可用性。介质冗余可借助于外部交换机来实现，或者通过集成 PROFINET 接口直接实现。它可实现 200 ms 的重新配置时间。在环网设施中仅有一个部分发生通信中断的情况下，这种介质冗余可防止工厂的停产，并从容不迫地进行必要的维护与维修。

MRPD

利用兼容于 PROFINET 的 MRPD 程序（计划重复介质冗余），无需重组态时间，就可实现高网络可用性。MRPD 协议是 MRP 协议的扩展，用于在一个环拓扑内以重复方式发送消息帧。这些网络只能采用 SCALANCE X-200IRT 交换机和具备等时实时特性的组件（例如，SIMATIC 控制器、ET 200、SIMOTION 和 SINAMICS 驱动程序）构建而成。

快速调试

“Fast Start-Up”（快速启动）功能允许在不到一秒内快速启动与 SIMATIC 控制器连接的 PROFINET IO 设备。控制器和设备之间的通信连接的建立时间不超过一秒。对于模块化设备来说，可以以最短的时间连接各个设备端口或者断开各个设备端口的连接。例如，在机器人应用中，显著地提高了换刀速度。