PROFINET over Ethernet-APL 控制系统——回顾PROFINET的前尘往事（1）

剑指工控 仪表客厅

以太网是一种局域网规范，工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，过程现场网络（PROcess FIeld NET，PROFINET）是一种在工业以太网上运行的实时技术规范。

2021年，以太网高级物理层（ethernet with an advanced physical layer，Ethernet-APL）问世，对包括PROFINET在内的高级别工业以太网网络提供支持。而PROFINET也对应作出一些改变，使PROFINET技术能融入到Ethernet-APL体系之中，确保Ethernet-APL技术能快速、无缝地访问采用PROFINET技术现场设备中的数据，从而实现创新的Ethernet-APL优势与PROFINET 成熟技术相结合。

本系列文章将先概述PROFINET，再介绍PROFINET与工业以太网/以太网、 PROFINET 与PROFIBUS、PROFINET与Ethernet-APL、PROFINET与PROFIsafe的关系，最后就 PROFINET over APL的测试和应用做详细的论述。 

什么是PROFINET？

PROFINET是一个开放式的工业以太网通信协定，是由西门子公司和PI（PROFIBUS & PROFINET）国际于2004年4月合作开发与制定的工业以太网标准。2006年PROFINET成为中国国家标准：GB/Z 20541-2006。

PROFINET过程现场网络是一种基于以太网的工业现场总线技术，图1是其标识。 

图1  PROFINET标识

PROFINET是一个工业以太网解决方案，它是一种在控制器和设备之间交换数据的通信协议。控制器可以是PLC、DCS或PAC。设备可以是I/O模块、视觉系统、RFID阅读器、驱动器、过程仪器、代理，甚至是其它控制器。它是在工业自动化系统中设备之间通信的一种工业以太网协议，实时通信能力强，能支持多种网络拓扑结构，保证数据传输的可靠性，提供设备配置和诊断功能。作为一种数字化工具和基础设施，在调试、启动和工厂维护期间管理设备。

以西门子 PLC为例，PROFINET工业以太网络可以连接带PROFINET接口的控制器、I/O模块、监控站，其中包括带PROFINET接口的PROFIBUS-DP控制器，而PROFIBUS-PA设备一般需通过DP/PA耦合器先将PROFIBUS-PA转换成PROFIBUS-DP协议后再接入PROFINET工业以太网络（见图2）。   

图2  PROFINET工业以太网网络架构

PROFINET作为一种工业自动化通信协议，具有如下优缺点：

优点：

• 高效性：PROFINET基于以太网技术，并且在此基础上进行了优化和扩展，因此具有高效性。它支持高速、可靠、精确、传送量大的实时数据传输和网络通信，可以满足工业自动化领域的实时和非实时通信需求。以传送量为例，传统的现场总线系统一般输入输出只能传输244个字节，PROFINET则优势明显，仅一个报文传输的字节数就超过了1000个。信念、仪式、符号、处事方式等组成的其特有的文化形象。

• 灵活性：PROFINET支持多种网络拓扑结构，包括星型、总线型、环形、树形等，可以根据不同的应用需求和网络性能要求进行灵活选择。同时，PROFINET还支持多种冗余机制，如设备冗余、路径冗余、端口冗余等，提高网络的可靠性和稳定性。。

• 可扩展性：PROFINET是一种可扩展的通信协议，可以支持多种不同的设备和应用，如传感器、执行器、机器人、自动化系统等。同时，它还可以支持多种不同的数据类型和协议，包括非实时数据、实时数据、控制数据和故障诊断数据等。

• 易于集成：PROFINET网络中的设备可以通过自动识别和自动配置功能实现快速集成和配置，降低了设备的安装和调试难度，提高了生产效率和工作效率。

缺点：

• 复杂性：PROFINET作为一种高级通信协议，相对于其他简单的协议，其学习和实现成本较高。此外，PROFINET网络的配置和维护也需要较高的技能和经验，需要专业的工程师和技术人员进行支持和管理。

• 成本：PROFINET网络的硬件和软件成本较高，包括PROFINET控制器、PROFINET I/O设备、网络交换机等。同时，PROFINET的设备和应用也需要进行认证和授权，需要支付相应的费用。

• 安全性：PROFINET网络通信的安全性需要进行专门的配置和管理，包括防火墙、数据加密、身份验证等。如果安全措施不到位，PROFINET网络可能面临安全威胁和黑客攻击。FINET是一种可扩展的通信协议，可以支持多种不同的设备和应用，如传感器、执行器、机器人、自动化系统等。同时，它还可以支持多种不同的数据类型和协议，包括非实时数据、实时数据、控制数据和故障诊断数据等。

综上所述，在使用PROFINET协议时，需要综合考虑其优缺点，选择适合自己的应用场景和实际需求。

未来，PROFINET的发展方向主要有以下几个方面：

PROFINET的发展方向

• 适应工业4.0的需求：随着工业4.0的快速发展，PROFINET将会越来越注重设备之间的互联和数据的共享，将更加重视互操作性和通用性，提供更加灵活、高效和智能化的解决方案。

• 加强安全保障： 随着工业自动化的不断发展，网络安全威胁和黑客攻击也越来越普遍，PROFINET将会更加注重网络通信的安全性，提供更加完善的安全保障措施。

• 提高实时性和性能：PROFINET将继续提高实时性和性能，提供更高的数据传输速率和更低的延迟时间，以满足工业自动化设备和系统对实时性和性能的要求。

• 加强智能化和可视化：PROFINET将会进一步加强智能化和可视化功能，提供更加丰富的监控、诊断和预测功能，实现设备和系统的智能化管理和维护。

• 扩展应用范围：除了工业自动化领域之外，PROFINET将会进一步扩展应用范围，涉及更多的行业和领域，如医疗、航空航天、机器人等。据统计，到2022年为止，全球已有5870万个PROFINET产品安装在系统中。

总之，PROFINET作为一种先进的工业自动化通信协议，将会在未来继续发挥重要作用，推动工业自动化领域的不断创新和发展。

 未完待续

方原柏

2025年04月