PROFINET over Ethernet-APL 控制系统（3）——PROFINET 与PROFIBUS

剑指工控星期二, 05/06/2025 - 11:26 发表

4 PROFINET 与PROFIBUS

1987年，在德国政府的支持下，由德国西门子公司等十四家公司及五个研究机构推动，历时4年，在1991年制定了一个现场总线标准——PROFIBUS（PROcess FIeld BUS过程现场总线）。

PROFIBUS分为多数情况下使用的PROFIBUS-DP（分布式周边，Decentralized Peripherals）和用在过程控制中使用的PROFIBUS-PA（过程自动化，Process Automation）。PROFIBUS-DP用在工厂自动化的应用中，由中央控制器控制许多的传感器及执行器；PROFIBUS-PA用在过程自动化的应用中，由过程控制系统监控各类变送器和执行器。2006年PROFIBUS成为中国国家标准：GB/T 20540-2006。

PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代24V DC等各类开关量或4~20mA等各类模拟量信号传输。PORFIBUS-PA专为过程自动化设计，使传感器和执行机构连在一根现场总线上，可通过总线供电并符合本质安全规范。PROFINET可以满足工业4.0对高传输速度（100Mbit /s）和大数据量(数据包大小可达1500字节)的要求，而PROFIBUS-PA只能提供低传输速度(31.25 kbit/s)和小数据量（数据包大小只有244字节）。

图8所示为PROFIBUS系统架构，PC机可通过网卡连接到用紫色表示的PROFIBUS-DP总线上，S7400、S7300、ET200M、ET200S等控制器均通过接口模块连接到PROFIBUS-DP总线上。由于不同传输速率时传输距离在100~1000m范围内，超过传输距离时可通过中继器延长距离。图8左侧中部用蓝色表示的PROFIBUS-PA总线则需要通过DP/PA耦合器连接到PROFIBUS-DP总线上。

图8 PROFIBUS系统架构

显然，PROFIBUS总线的传输速度及传输信息量都受限制，以PROFIBUS-PA采用的现场总线数据传输方式为例，传输速率为31.25kbit /s；而PROFIBUS-DP采用的RS-485数据传输方式，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息，传输速率为9.6kbit /s~12Mbit /s。这一技术在三十年前为工艺装置提供了良好的通信功能和解决方案，但传送速度慢、距离短、信息量少。而2004年问世的PROFINET是在以太网技术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、精确的实时数据传输和网络通信，打开了“PROFINET for PROFIBUS（DP/PA)”的大门。如对PROFIBUS-PA总线通过接口模块进行协议转换后，可使低速的现场总线转换成基于工业以太网技术的高速总线，原来PROFIBUS-PA总线连接设备上的信息可以更快速度在以太网上传送。图9所示为PROFINET系统架构，PC机可通过网卡连接到用绿色表示的PROFINET上，S7400、S7300、ET200pro、ET200S等控制器均通过接口模块连接到PROFINET上，而紫色的PROFIBUS-DP总线、黄色的AS-i总线则可通过网络链接器LE/PB、LE/AS-i连接到PROFINET上。

图9 PROFINET系统架构

还有人这样说：PROFINET=PROFIBUS+Ethernet。PROFINET把PROFIBUS的主从结构移植到以太网上，所以PROFINET 上的控制器（Controller）和设备（Device）的关系可以简单的对应于PROFIBUS的主节点（Master）和从节点（Slave）。另外PROFIBUS的拓扑结构只有总线型，由于PROFINET是基于以太网的，其拓扑结构可以有星型、树形、总线型等，所以PROFINET的结构是PROFIBUS的主从结构和Ethernet以太网拓扑结构相结合的产物。

PROFIBUS在全球安装的节点总数已超过6000万个，是目前国际上安装节点数最多的现场总线技术。PROFINET是PROFIBUS的升级版，是当前国际主流工业以太网技术之一。PROFINET技术注重对PROFIBUS用户（设备制造商及最终用户）的投资保护，通过代理服务器——PROFINET/PROFIBUS-DP网关，将现有PROFIBUS-DP设备连接到PROFINET系统，实现PROFIBUS-DP到PROFINET的转换。而对现有的PROFIBUS-PA设备，一般不必先转换成PROFIBUS-DP后再转换成PROFINET这样的两次转换，可以选用 SIMATIC 紧凑型现场单元（CFU）一次直接完成PROFIBUS-PA对PROFINET的网络转换（见图10）。