PROFINET：面向未来的工业以太网技术

创新、开放和需求导向的技术解决方案，往往能够在未来引领行业的发展趋势。

西门子的PROFINET技术开发产品经理冯尚科表示，PROFINET是一种面向未来的工业以太网技术，希望有越来越多的企业探索PROFINET技术开发，持续优化创新，推进PROFINET在中国的应用。 

加减之道

在传统的工业现场，各种混合网络复杂的接线结构往往触目可及。随着用户对通信和数据采集需求增多，以太网系统逐渐盛行，其复杂程度也在快速提升。

“不同于传统的工业以太网标准，在基于PROFINET的系统里，我们用一根线就可以同时传输多种数据。”针对简化以太网布线，冯经理给出了他的解决之道：“通过对数据通道的划分，不同类型的数据，都可以在各自的通道上进行传输。而现在，这样的需求正在越来越多。——而这是其他多数厂商做不到的。”

据了解，PROFINET分两类不同性能的实时周期通信，一种是RT（实时通信），主要用于工厂自动化，这一类通信没有时间同步的要求，一般只要求响应时间为 5-10ms。而另一种通信是IRT（等时同步实时），由内嵌的同步实时交换芯片保证，主要用于有苛刻时间同步要求的场合，如运动控制、电子齿轮等。

除了实时通讯外，PROFINET还有一个使用TCP、UDP/IP协议的非实时通信的标准通道，一般用于设备参数化、组态和读取诊断数据,也可以连接标准的TCP/IP设备，用于开放式数据通信。冯经理表示：“西门子现在用于PROFINET开发的芯片都具有IRT功能。但如果只采用软件协议栈进行开发，实时水平就只能达到RT的性能等级。”

在实际的运动控制应用中，多轴同步通常会进行分布式扩展，在这种情况下，就会要求多轴之间的数据抖动控制在一定的范围内。否则不同轴接受指令的时间不一致，用户的加工曲线就可能会很不理想。笔者曾在工业展的西门子展台上见识过用乒乓球模拟运动控制的现场演示，印象深刻——相比RT而言，IRT的确定性更强，抖动指标小于1 μs，数据抖动更小。

提升性能和提高速度，同时简化布线和降低投资，或许这就是PROFINET的加减之道吧。 

博采众长

2016年是“十三五”的开局之年，国家对制造业也提出了新的要求。作为自动化行业的开放、实时工业以太网标准，PROFINET具有灵活、高效、高性能的特点，但在冯经理看来，这些还不够。相比初入中国之时，今天的PROFINET正在变得越来越开放。

“虽然PROFINET诞生很早，作为开放的标准已在诞生地德国取得了很好的应用，并且在中国的汽车以及烟草等行业都有典型应用，但此前我们对本地设备厂家的PROFINET开发支持相对较少。”冯经理坦陈：“而今天，我们意识到了这一点，正在着力推广基于PROFINET的技术开发。”

他表示，不仅西门子对相关业务团队增加了资金投入和人员支持，还在成都工厂特别设置了一个针对技术开发的研发支持团队。“只要客户有PROFINET技术开发的意向，无论是I/O还是变频器，无论是伺服还是机器视觉，无论客户企业规模有多大，都能得到我们强有力的支持。”冯经理如是说。

据介绍，在鼓励客户进行PROFINET技术开发方面，西门子能够提供全面、覆盖全周期的技术支持。包括开发前期的设备选型；开发过程中的邮件服务、远程服务平台服务、甚至面对面的技术支持；后期的测试认证和免费预测式服务等。对此，冯经理对开放的PROFINET非常自信：“我们现在非常开放，目的就是博采众长，将PROFINET的生态圈做大做强，从而鼓励更多的本地企业融入这个生态圈，继而一同推动这项技术的持续创新。”

修于内而形于外，PROFINET的应用远不限于汽车和机器人等行业，还可应用在众多传统行业中。据透露，在某钢厂近期的一个大型项目中，钢厂所采用的所有设备和产品应用的都是PROFINET技术，该工程目前已进入实施阶段。

面向未来

在多数传统的工业现场总线系统中，其连接的节点数目和数据长度都极其有限。

据冯经理介绍，传统的现场总线系统一般输入输出只能传输244个字节；相比而言，PROFINET优势明显，仅一个报文传输的字节数就超过了1000个。此外，不仅每个报文提供的数据量提高了，PROFINET还能在保证百兆以太网的前提下连接更多的现场设备。

随着IT技术的进步，自动化产品的需求也在持续变化。面对更多节点、更大数据量的通信需求，基于实时工业以太网的技术，多类型数据的并行传递，显然更适合未来的用户需求。

冯经理举了一个形象的例子。以手机网络为例，当初的2G网络已能满足接打电话和收发短信的需求，但随着手机硬件的更新换代，为了满足不断更新的手机应用需求，网络也升级到了3G和4G，反过来，高速网络也进一步催生出了新的手机应用。工业也是如此，需求推动产业升级，硬件和技术的发展让每个人不得不去接受和享受新的事物。

“在新的工业时代，两化融合、数字工厂、智慧工厂和工业4.0等概念正不断推动着工厂升级，工厂正在用户需求的推动下力图实现自动化、数字化、智能化和人性化。数字化企业的基础是要将工厂的现场数据、底层执行机构的信息采集上来，为控制层所用，继而为企业管理层提供参考——这就是工厂大数据的特点。数字化企业必须基于一体化的网络，使工厂实现数据互通，提供源源不断的信息流，其中的核心就是工厂自动化网络。要达到数字化企业的目标，就需要完备的通信网络，而更灵活、更高效、更高性能的PROFINET完美地契合这一需求。”冯经理如是说。

随着时间的推移，PROFINET不仅成为了国际标准，也在近年得到了国家的认可，成为了推荐性国家标准，在工厂自动化中应用广泛。“从ERP到MES再到底层的TIA，自动化的各个环节，都能用PROFINET贯穿，用一套完整的网络方案解决工业现场数据传输的各种需求。”冯经理表示，PROFINET打通了现场层、控制层、企业管理层之间的壁垒，实现了数字化工厂的纵向集成，可以便捷地从各层获取所需数据，并传输到需要它们的场合。

今天西门子的纵向集成已经能够为用户在降低成本的同时提高性能。“我们希望更多的企业同我们一道探索PROFINET的技术开发，从而做出更加适合中国智能装备升级的解决方案。”谈及此，冯经理踌躇满志：“西门子已有解决方案，我们希望这个方案能够持续的优化，持续创新，让它在未来持续精进，适应更多的行业。”

特别值得一提的是，PI协会还特别设立PROFINET技术开发专项资金，并开展PROFINET天使创客坊活动，收集本地的创新申请，不限行业，不限企业规模，不限产品类型，不限项目形式。经专家评审通过的项目，将得到最高5万元的资金支持。冯经理表示：“在这些提交申请的企业里，有开发智能设备的，也有研究智能交通的。他们把PROFINET技术应用在智能交通、能源管理和电力线载波等方面，推动技术的应用和发展，我们非常高兴能够看到这样的情况出现。”

作为创新的、开放的工业以太网标准，基于PROFINET的工业以太网解决方案融入了PROFIBUS多年的经验，用“包罗万象”来形容PROFINET似乎并不过分。怎样的技术才能称之为“面向未来”？相信西门子已经给出了属于它的答案。

文章源自：“中国PROFIBUS & PROFINET协会”

作者：王静