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现场总线/工业以太网 |
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西门子：PROFINET实时性更胜一筹 |
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| http://cn.newmaker.com
5/24/2010 4:50:00 PM
佳工机电网
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随着信息技术的发展，工厂越来越庞大，加之设备的智能化程度越来越高，用户都希望传输的数据越来越多，速率越来越高。
在此种条件催化下，工业以太网应运而生。与现场总线相比，工业以太网最大的优势在于带宽更宽，目前甚至已经出现了万兆级的工业以太网，远远高于现场总线的节点数，可以实现更多的数据通信和共享，契合了工业发展的趋势。
作为工业以太网中的佼佼者，PROFINET在全球所有种类的工业以太网应用中排名第一。截至2007年底，PROFINET在全球的安装节点数超过400万个，使其他类型的工业以太网难以望其项背。
从产生之初至今，工业以太网主要应用于控制层，随着数据传输量的加大以及工业以太网的优势逐渐显现，用户更加趋向于从数据层、控制层到执行层自上而下采用一种网络，从上层可以直接监测到最底层的传感器和执行机构。这样可以更完善地实现全局的诊断；由于备件的数目减少，还可以简化维护过程。因此，今后工艺以太网的应用触角会逐步延伸到执行层，进一步满足执行层的一些特性要求。
从现在的应用情况来看，工业以太网可以在很大程度上实现在执行层中对机器的控制，对于一些比较极端的应用要求，技术还有待进一步提高。目前对于工业以太网的讨论，主要集中在实时性。工业现场对于信息传输的实时性要求很高，尤其是一些危险行业，必须将信息及时传输并采取相应的措施，否则可能造成机器的损坏甚至停产。工业以太网之所以能够满足实时性的要求，是因为在其数据帧中对优先级进行了规定，保证一些重要的信息优先传输，如报警信号等。
与其他工业以太网相比，PROFINET的实时性更加突出。这里所说的实时性，是指“等时同步实时”，即IRT技术。在PROFINET中，最优先的数据是等时同步实时数据，在生产上表现为运动控制一类的数据。
众所周知，同步技术在生产中具有一定难度，就像训练队伍走正步一样，人越多，同步一致性就越难。相对地，同步设备和节点数越多，对于网络的实时性要求就越高。在这项技术上，PROFINET具有独一无二的优势：TCP/IP协议的响应时间平均为100ms左右，现场总线PROFIBUS的响应时间普遍为10ms，而PROFINET的等时同步实时响应时间则小于1ms。相比之下就可以清晰地看出，其他的工业以太网的实时性都无法与等时同步实时特性相媲美。
等时同步实时技术对于相应的通信设备有相应的要求，因此，如果应用此项技术，必须具备一套与之相对应的完备的系统，才能顺利实现想要得到的成效。
在生产过程中，如果在机器出现问题之后才进行修理，对于生产高峰期的影响可想而知。现在用户希望能够预知机器的功能情况，西门子的“预诊断”功能就可以满足这种需求。“预诊断”即事前诊断，预测可能出现的故障，确保生产高峰期不会停产。为了实现预诊断，就需要提供大量数据供预诊断分析，数据越全面，判断的工作状态就越准确。
现在，西门子在多数场合下都可以实现从管理端到执行端的工业以太网实施，在一些汽车厂中拥有成功的实施案例。值得一提的是，PROFINET支持工业无线通信，即设计冗余，采取两个频段，遇到干扰时自动切换以保证通信的实时性。同时，由于校验机制的保证，数据不会发生缺失的情况。除此之外，PROFINET也支持环形网络，充分适应工业恶劣现场的要求：强电、强磁、粉尘、干扰、潮湿以及振动等。
在以前，CPU和工业以太网是分开的，这样更换设备很方便，但是却造成成本增高。因此，将CPU和工业以太网进行集成，也是工业自动化发展的一种趋势。在网络安全方面，PROFINET在推行之初就充分考虑到这一点，利用SCALANCE S硬件有效地将工业网络和外网隔离，只有验证合格的网络才允许通信，这样的管理更加严格，能够切实保证信息的安全性。
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