PROFINET新使命：智慧連接工業(yè)4.0時代

文/梁秀璟

PROFINET新使命：智慧連接工業(yè)4.0時代

文/梁秀璟

為應對“工業(yè)4.0”愿景和“中國制造2025”國家戰(zhàn)略規(guī)劃的挑戰(zhàn)，西門子正大力推進數字化企業(yè)發(fā)展。而若想走向數字化企業(yè)，需要走好這四步：應用數字化企業(yè)軟件套件、部署工業(yè)通迅網絡、確保在工業(yè)環(huán)境下工廠與網絡的安全和系統(tǒng)的完整性，以及面向特定業(yè)務的工業(yè)服務。其中，工業(yè)通訊是至關重要的基礎。

在2015年8月19日召開的“西門子PROFINET峰會”中，西門子(中國)有限公司執(zhí)行副總裁、數字化工廠集團總經理王海濱講到：“數字化企業(yè)必須基于一體化的網絡，使工廠實現數據互通，提供源源不斷的信息流，其中的核心就是需要完備的通訊網絡，而更靈活、更高效、更高性能的PROFINET完美地契合這一需求?！?/p>

西門子(中國)有限公司執(zhí)行副總裁、數字化工廠集團總經理 王海濱

從PROFIBUS到PROFINET

多年以來，PROFIBUS已成為一種應用廣泛的先進設備現場總線，PROFIBUS采用串行總線技術，并于20世紀80年代首次推出了分布式結構，大幅推動了自動化領域的變革。20世紀90年代，以太網已遍布IT領域，并逐漸在工業(yè)領域得到了應用。如今，我們很難想象生產系統(tǒng)中不使用這兩種系統(tǒng)。

PROFINET作為PROFIBUS的延伸與升級，集PROFIBUS和以太網兩種優(yōu)勢于一身，實現了PROFIBUS豐富的工業(yè)應用技術與以太網的開放性和靈活性的完美集成，成為了全球領先的基于工業(yè)以太網技術的工業(yè)現場總線標準。

不可否認的是，截止到目前，PROFIBUS在全球及中國工業(yè)市場中依然有著相當高的占有率，據PI數據統(tǒng)計，PROFIBUS目前在全球的安裝節(jié)點高達5000萬。那么，對于那些正在應用PROFIBUS總線技術的用戶來講，西門子如何在保護他們既有投資的情況下，實現從PROFIBUS向PROFINET的轉換成為了他們關心的問題。

事實上，對于這個問題，西門子早有考慮。從技術上實現PROFIBUS到PROFINET的轉換并不復雜。通過IE/PB Link，可快速將當前的各個工廠車間連接到PROFINET。這樣，就可順利地將PROFIBUS上的各種現場設備輕松集成到新的PROFINET工程中。對此，客戶既可以選擇全廠一次性轉換，也可以分階段逐步轉換。

對于如何更好地保護用戶的既有投資，西門子（中國）有限公司數字化工廠集團工廠自動化部總經理衛(wèi)岳歌給出了進一步的闡述：“我們暫且將工業(yè)用戶分為兩大類——過程行業(yè)用戶及機器設備制造商。以過程行業(yè)用戶為例，如果用戶需要將現有系統(tǒng)升級到PROFINET系統(tǒng)，西門子并不會讓他拋棄所有在用的系統(tǒng)，我們可以提供很多網關以及技術、解決方案，把這兩種基于不同總線的系統(tǒng)融合在一起，實現新舊系統(tǒng)并存的狀態(tài)。比如我們推出的TIA博途工程軟件平臺，在這個平臺中，可同時實現對Simatic S7-300系列控制器和全新的Simatic S7-1500系列控制器的操作，從這個角度來講，我們極大地保護了用戶對現有系統(tǒng)的投資。那么，對于機器設備制造商而言，產品的更新?lián)Q代周期要短于過程行業(yè)用戶，所以基本上，在一個生命周期結束后，他們都會積極地尋求和應用一些市場上的新技術，但是他們也會擔心在轉換的過程中是不是存在軟件移植等問題，關于這些問題，西門子都可以提供完備的技術支持和服務?！?/p>

PROFINET，實現數字化企業(yè)的關鍵

全球化為企業(yè)的快速成長提供了一個絕佳的新機遇。但機遇往往與挑戰(zhàn)并存：要在激烈的全球市場競爭中始終處于不敗之地，不僅需要確保產品生產的高質量，同時還需要實現生產高效性以及工廠的高可用性。與此同時，高靈活性、高產能與高效率也是判斷一家企業(yè)是否成功的重要因素。PROFINET，正是優(yōu)化這些因素并引領成功的關鍵所在。

眾所周知，與傳統(tǒng)工廠相比，數字化工廠的數據傳輸量更大。而PROFINET可將傳輸能力從以往以KB/s為計算單位的傳輸提升到高達100MB/s，大幅提升了傳輸速度。

與此同時，PROFINET網絡更加靈活，支持多種拓撲結構，可以允許多種技術協(xié)議同時進行，還具有實時的無線通訊能力。這也就是說，借助一條統(tǒng)一的PROFINET電纜傳輸介質，既能完成所有的控制任務，還能實現數據跨越現場層、控制層和管理層的傳輸，將工廠各個部分聯(lián)系為統(tǒng)一整體，真正做到一網到底，管控一體化。

此外，PROFINET的抗電磁干擾能力也很突出。在工業(yè)生產中，PROFINET的抖動精度只有不到1us，令數據的傳輸更加穩(wěn)定，且時鐘頻率極為精準，增強了生產確定性。

PROFINET自帶的診斷功能亦非常強大，可以幫助用戶快速找尋到設備故障點，最大限度減少停機時間。

事實上，PROFINET強大的自診斷功能得益于系統(tǒng)的開放性，而開放性使其當之無愧地成為了實現數字化工廠的關鍵。因為PROFINET兼容性好，幾乎可以做到即插即用，它不僅讓工廠設備互聯(lián)變得十分便利，還可以與外接設備相連、與因特網互通，工廠管理者、操作人員可以通過電腦IE瀏覽器，甚至手機、iPad等移動設備進行控制。網絡的開放性還帶來PROFINET優(yōu)越于其他總線的強大的系統(tǒng)診斷能力，可以覆蓋每一個通道，這為工廠連續(xù)生產打下堅實基礎，而這些功能則將在未來的數字化企業(yè)建設中發(fā)揮更大的作用。

PROFINET，打造數字化工廠樣板

數字化工廠是采集工廠的現場數據與底層執(zhí)行機構的信息為控制層所用，繼而為企業(yè)管理層提供決策參考。由此可見，數字化工廠重現了數據的價值，卻也對數據傳輸提出了新的要求。而西門子基于PROFINET打造的數字化工廠樣板，無疑為客戶提供了可以參考的范本。

先以西門子自身的成都數字化工廠為例。面向未來的西門子數字化工廠平臺是一個高度集成的自動化、信息化整體解決方案。平臺頂層是PLM與ERP信息化系統(tǒng)的貫通，提供主數據、工藝路線、設計數據、物料清單、生產訂單；第二和第三層實現MES系統(tǒng)和監(jiān)控操作層DCS信息數據的串聯(lián)與交互，從而有效地實現從產品設計到生產的自動化和智能化；第四和第五層使用了TIA系統(tǒng)，將工廠自動化底層的控制層和現場層的各種控制單元和設備統(tǒng)一管理起來。從西門子數字化工廠平臺架構中可以看到，PROFINET是整個工廠傳輸大數據和高精度控制的基礎，極大提升了工業(yè)制造的智能化和高效化，同時也提升了生產的安全性。

除了西門子自身成都工廠的實踐以外，已經陸續(xù)有客戶嘗到了PROFINET的“甜頭”。軟控股份有限公司（以下簡稱軟控股份）就是其中之一。

軟控股份是一家全球領先的輪胎裝備制造商。自2014年開始意識到數字化制造的重要性。西門子作為軟控的戰(zhàn)略合作伙伴，提供最新電氣化、自動化及數字化產品以支持其數字化業(yè)務的改造。

軟控研究院院長張斌認為，軟控股份需要找到具有共同價值觀的戰(zhàn)略合作伙伴，西門子就是其中非常重要的一個。數字化工廠必須基于一體化的網絡，使工廠實現互聯(lián)互通，提供源源不斷的信息流。在這方面，西門子PROFINET是軟控選擇的最優(yōu)解決方案。

張斌這樣描述基于PROFINET的未來工廠的場景：以PROFINET為樞紐，基于企業(yè)生產管理平臺的核心控制，數據的處理能力將得到盡情釋放，設備供應商完全可以對橡膠制造工廠進行遠程監(jiān)控和預警；基于大數據，根據數據波動，設備具備自診斷功能，總是在將壞未壞之時發(fā)現問題，將其上報給服務方，工程技術人員可在遠程完成維修；設備在生產過程中，能夠進行生產的自糾正，通過自適應算法進行調整，提高生產的穩(wěn)定性。

借助統(tǒng)一的PROFINET介質，不僅可以幫助客戶提高生產水平，而且可以完成企業(yè)的精益化管理。與此同時，軟控股份也在籌劃建設自己的數據中心。未來，通過PROFINET，企業(yè)的生產管理平臺將實現統(tǒng)一的電子數據管理和信息集成，并與PLM、MES、ERP等系統(tǒng)對接，實現全制造環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，在生產與企業(yè)管理層面全面實現數字化。

如今，PROFINET在全球安裝的節(jié)點設備已近1000萬。從2014年9月起，PROFINET被正式批準為中國國家推薦性技術標準，這對其未來在中國市場的推廣將起到極大的促進作用。王海濱表示：“PROFINET可以適用于過程自動化、工廠自動化以及運動控制，目前中國市場中，PI-China的會員已達140家，未來還有很大的成長空間，我們堅信，西門子打造的以PROFINET為基礎的數字化企業(yè)平臺將幫助更多的中國企業(yè)智慧連接工業(yè)4.0時代，實現數字化的夢想?！?/p>