PROFINET：打造智能制造的未来架构
当今，只要论及产业升级、制造业转型，几乎无人不谈工业4.0、中国制造2025、物联网等热词。随着这些概念的提出与普及，机械控制与感应信息、高速控制网络、工厂整体的IT信息的相互关联，以及与生产力的紧密相连，成为工业自动化的发展趋势。其中，工业通信是至关重要的基础，将多个符合不同规格的工厂设备连接到工业以太网是变革的基础。
伴随着智能制造、产业升级的发展，厂商对数据的采集要求发生了变化，现场总线传输的“不再是单一的、简单的现场温度、压力等数据，而是传感器、设备的物理尺寸、温度、性能等与测量工具相关的所有信息。”PROFIBUS & PROFINET国际组织（以下简称PI）主席Karsten Schneider解释道。
作为全球性的工业通信组织，PI陆续定义传递不同类型数据信息的基础性行规，“这样，所需信息以一种标准化或结构化的信息传递方式定义在行规内，而设备使用者无需花费过多精力再去做大量工作获取数据。”比如PROFIsafe用于安全领域，PROFIenergy用于节能，PROFIdrive用于驱动及运动控制领域，并且以上行规均已成功转化成为中国国家标准，为智能制造2025和工业4.0的应用和发展奠定了坚实的基础。
同一根电缆上实现“物联PROFINET”
工业4.0和工业物联网的发展势必会对工业通信产生深远的影响。尤其是工业物联网的概念正在驱使自动化工业不断向前发展，同时又要确保产品具有更高的互操作性。这就意味着需要足够的时间来建立相关标准适用于该技术以及应用。如果说工业物联网是关于连通和信息的，传递数据仅是部分工作，其他网络也能够实现，诸如ERP、MES软件关注的是设备数据采集，但对工业现场的实时性、安全性要求无法满足。这时，PI推出的基于工业以太网技术的自动化总线标准PROFINET就脱颖而出了。
PROFINET作为一个开放性的网络，可灵活地支持多种拓扑结构，可以允许多种技术协议（比如HTTP、SNMP、ARP、TCP/IP等）同时进行，还具有实时的无线通信能力。这也就是说，借助一条统一的PROFINET电缆传输介质，既能完成所有的控制任务，还能实现数据跨越现场层、控制层和管理层的传输，将工厂各个部分联系为统一整体，真正做到一网到底，这就是所谓的“物联PROFINET”，能够同时满足高性能机器的实时性和必要IP通信的开放标准。
“基于工业以太网技术的PROFINET类似企业的基础设施，在不添加任何硬件成本的情况下，轻松实现安全、快捷的底层设备间的互联互通。不仅能够实时传递基础设施的信息，更为强大的是可以配合工业物联网协议，将现场层的信息传输到企业层IT系统中。” PI主席，Karsten Schneider先生谈道。比如，部署PROFINET协议用于控制和访问现场层设备数据，部署基于IT信息的标准协议OPC UA访问企业IT级别的信息，从而实现现场层和企业级IT系统的融合，这就意味着MES和ERP系统可更好的与工厂现场进行信息互通。“在工业现场，不同的应用可以通过不同的协议、行规解决。基于以太网协议的PROFINET可以针对更新的应用，定义更新的行规。”
PROFINET不仅可以用于工厂自动化以及运动控制领域，同时也可用于流程工业自动化的应用。目前来讲，在流程行业防爆等级较高的场合仍旧使用的是PROFIBUS，它始终保持着平稳的需求量。而且在短期的过程工业领域，PROFIBUS将依然保持强劲的实力。但近几年PROFINET正迎头赶上。“尽管在流程行业仍需解决一些技术问题，但实现PROFINET的一网到底，把PROFINET延伸到流程行业的最终端，是我们PI未来的其中一个目标。”
PROFINET 作为工业4.0的主干网
PROFINET是支持创新、开放性的TCP/IP技术，其基于标准以太网的技术以及面向未来的架构已经构成了实现工业4.0的先决条件。由于PROFINET兼容性，几乎可以做到即插即用，不仅让工厂设备互联变得十分便利，还可以与外接设备相连、与因特网互通，同时工厂管理者、操作人员还可以通过电脑IE浏览器，甚至手机、iPad等移动设备进行网络在线控制。网络开放性给PROFINET带来了优越于其他总线的强大系统诊断能力，可覆盖每一个通道，这为工厂连续生产打下坚实基础。
与传统工厂相比，未来智能化工厂的数据传输量更大。而PROFINET可将传输能力从以往以KB/s为计算单位的传输速度提升高达100MB/s，大幅提升了传输速度。尤其是与其他网络协议需要额外转换设备不同，“在工业现场，如果现场需要增加设备，设备又支持增加硬件，PROFINET一根网线相连即可，无需额外投资。”PROFINET通过一网到底，开启了设备之间的互联对话，建立了虚拟世界与现实世界之间的交流窗口，成为支撑中国制造2025和工业4.0落地的核心技术。
PI主席Karsten Schneider先生表示，随着工业4.0、智能制造的发展，PROFINET并非停滞不前，而是根据新的需求 定义新的行规，满足新需求所产生的信息需求。同时基于标准以太网的PROFINET，也将随着以太网技术的发展随之发展。未来，PROFINET也会采用以太网比较新的技术，如TSN、IPV6和OPC UA等技术都将会被考虑并以适当的方式集成到PROFINET中。
PROFINET保护现有投资 缩减开发成本
在中国，随着PROFINET的普及和应用，更多本地设备制造厂商也开始选择支持PROFINET。PI主席Karsten Schneider先生认为，这对于建立产品种类丰富的市场非常关键，也是PI必须集中全力持续推进的工作。鉴于中国老旧传统设备较多，如何更好地确保用户的现有投资，PI主席Karsten Schneider先生表示，“作为跨供应商的技术，PROFINET可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。比如，对于目前在中国仍普遍使用的4-20mA传统仪表，PROFINET通过安置现场IO系统可以直接连接到4-20mA仪表，而且IO系统本身带有PROFINET接口，这样通过转换方式即可确保已有的投资不被浪费，又节省后期投入。”
与其他通信协议相比，从技术难度来说，由于PROFINET可供选择种类较多、范围较广，开发同样一个产品，可供选择的方案较多，因此由于不同方案的开发难度不同，开发投入的时间、人员、直接成本也就有所不同。PI主席Karsten Schneider先生建议中国本土的第三方设备制造厂商在开发PROFINET设备时，根据实际需求进行选择，或者在开发PROFINET产品时可提前咨询PI-China。PI-China在中国地区有众多的PICC资格中心，可以通过与资格中心交流，选择更适合的解决方案，从而降低开发成本。同时，PI未来也将加大对本地工程师的培训，加强与本地制造商交流，促使PROFINET技术在中国的广泛应用。此外，随着中国本土第三方设备制造厂商的不断涉入，中国用户对PROFINET技术的不断了解，开发难度也会随之降低。
针对业界普遍认为的PROFINET测试成本高的说法，Karsten Schneide主席一方面强调产品测试必不可少：PROFINET的开放性支持不同的设备制造商进行设备开发，为确保通信的一致性和互操作性，必须经过PI授权的测试实验室测试才能确保不同厂家的设备互联互通，正常工作；另一方面，目前PI致力于向会员单位免费提供一些如测试设备、测试软件等，可有效缩短测试时间，增大测试通过率，从而降低费用。“当然，我需要再次强调的是，这样的技术支持并不是减少测试项目，只是缩短了测试时间。” Karsten Schneide强调道。
在访谈的最后，PI主席特意提到PI-China目前成绩斐然，PI-China的会员已达140家，会员增长量非常迅速。但在欣慰成绩的同时，主席又对PI-China提出了更高的要求：一是希望有更多的第三方本地生产制造商来生产、研发基于PROFINET的各种产品；二是PROFINET资格中心覆盖全国，在全国各个区域建立起来，而不是集中在大的城市或重点地区。
同时他认为：“在中国市场PI-China仍旧还有很大的成长空间！我们坚信，打造以PROFINET为基础的研发产品、解决方案将帮助更多的中国企业智慧连接工业4.0时代，实现智能制造的梦想。”作为适用于实时自动化行业的开放式以太网技术，PROFINET能够满足面向未来的大数据传输和高精度控制，必将架起一条支持中国制造业的强国之路。
文章源自：“中国PROFIBUS & PROFINET协会”
作者：王静
