PROFIBUS與PROFINET的對比分析

朱帷晞 朱鴻屹 舒健

【摘 要】文章對PROFINET、PROFIBUS在卷煙廠封裝工藝風控系統(tǒng)中的應用進行了比較。相比PROFIBUS，PROFINET在功能齊全性、傳輸效率高效性、抗干擾性、使用便捷性方面更優(yōu)。

【關鍵詞】PROFIBUS;PROFINET;工藝風力

【中圖分類號】TP336 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）08-0165-02

工業(yè)現(xiàn)場總線是一種多點雙向數(shù)字傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡，對智能現(xiàn)場設備進行連接，降低了生產(chǎn)工藝流程的建設成本，因而獲得廣泛應用。PROFIBUS和PROFINET均由現(xiàn)場總線國際組織引入。本文在分析了兩種總線的優(yōu)點和缺點之后，針對某卷煙廠封裝工藝風控系統(tǒng)，對這兩種網(wǎng)絡控制方案進行了現(xiàn)實場景的比較。

1 背景知識介紹

PROFIBUS是一種國際通用的現(xiàn)場總線標準，不依賴于設備制造商，通過對生產(chǎn)過程智能設備進行數(shù)字通信和控制，為工廠的集控提供了可行性。PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術的總線標準[1]，包括實時以太網(wǎng)、分布式自動化、故障安全和網(wǎng)絡安全等技術，為自動控制領域提供了完整的工業(yè)網(wǎng)絡解決方案。作為跨廠商技術，它兼容現(xiàn)有現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)，能充分利用客戶現(xiàn)有的資源。

PROFINET提供兩種實時循環(huán)通信：同步實時（Isochronous Real-Time，IRT）通信和實時（Real-Time，RT）通信。RT通信無時間同步要求，響應時間通常為5～10 ms，主要用于工廠自動化;IRT通信主要用于有時間同步要求的場合，如電子齒輪、運動控制等。RT通信和RT通信的協(xié)議和幀結構如圖1所示。

由于介質(zhì)完全不同，所以PROFIBUS和PROFINET協(xié)議完全不同。PROFIBUS基于RS485串行總線。PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術，任何基于以太網(wǎng)的開發(fā)都可以直接應用于PROFINET網(wǎng)絡技術[3-4]。

2 比較PROFINET與PROFIBUS

2.1 性能比較

PROFINET和PROFIBUS網(wǎng)絡之間的性能比較見表1。

從表1可以看出，相比PROFIBUS，PROFINET在功能齊全性、傳輸速率高效性、抗干擾及使用便捷性方面更優(yōu)。

2.2 通信比較

我們可以從3個方面分析PROFINET和PROFIBUS的差異：通信協(xié)議消息、數(shù)據(jù)傳輸時間和總線周期時間。表2列出了PROFINET和PROFIBUS協(xié)議消息的一些參數(shù)。

從表2中可以看出，由于報頭較長，PROFINET包含了更多的信息并攜帶了更多的數(shù)據(jù)。

二者的傳輸時間比較如圖2所示。從以上圖表中可以看出，PROFIBUS在最大傳輸速度為12 Mb/s時，數(shù)據(jù)傳輸時間還是遠大于PROFINET。

PROFINET和PROFIBUS的ET200總線循環(huán)時間的比較如圖3所示。從圖3可以看出，PROFIBUS總線周期雖然逐年遞減，但仍遠大于PROFINET。

PROFINET的優(yōu)點如下：①通信速率高，可實時通信。②就近連接不同工藝，方便快捷。③實際系統(tǒng)通常采用混合結構的以太網(wǎng)拓撲，包括星形、線形、樹形和環(huán)形結構。④網(wǎng)絡安全度高，設備接口規(guī)范和接線明晰。⑤通過以太網(wǎng)對智能設備實現(xiàn)各種管理功能，如設備、網(wǎng)絡的配置及網(wǎng)絡診斷。Web集成環(huán)境下可通過標準Internet技術訪問組件。⑥頂層網(wǎng)絡通過TCP/IP協(xié)議可直接訪問和診斷最低級別的IO設備。

3 在封裝工藝風控系統(tǒng)中的應用比較

卷繞單元的處理空氣系統(tǒng)是指用于實現(xiàn)負壓的整套裝置，包括負壓風扇等，為卷煙、噴嘴和除塵過程提供動力，并收集每個過程中產(chǎn)生的灰塵。該控制系統(tǒng)為非線性、時變、強耦合多變量系統(tǒng)。

在此后的技術改造中，PROFINET網(wǎng)絡控制方案運用于過程空氣控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構如圖4所示。

由圖4可知：①程序包括S7-400系列PLC、ET 200SI/O設備、變頻器、開關、觸摸屏和主機。采用星形網(wǎng)絡拓撲結構，結構簡單，易于擴展。②系統(tǒng)易于調(diào)試，可以在附近選擇訪問端口。可以使用通用以太網(wǎng)電纜實現(xiàn)與PLC的連接，便于監(jiān)控、調(diào)試和完善功能。③各種設備直接連接到工業(yè)以太網(wǎng)，典型響應時間為10 ms，滿足現(xiàn)場需求。

在非線性、時變、強耦合的多變量系統(tǒng)——封裝工藝風控系統(tǒng)投入使用運行了近3年后證明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，各方面性能得到顯著提高，有效保證了包裝車間的生產(chǎn)效率。此外，該系統(tǒng)在后期階段添加了多個系統(tǒng)和設備，基于PROFINET的結構和控制方法大大降低了重構難度。

4 結論

本文對兩種網(wǎng)絡控制系統(tǒng)PROFINET和PROFIBUS，以及它們與封裝技術的風控系統(tǒng)在制造業(yè)中的應用進行了比較。結果表明：①PROFINET網(wǎng)絡控制的實時性和快速適應性可以彌補PROFIBUS控制網(wǎng)絡的低速、復雜的缺點。②在實際應用中，PROFINET網(wǎng)絡由混合結構組成，具有控制效果更好、響應時間更短、跟蹤性能更優(yōu)、故障點可以更快速地定位及系統(tǒng)維護更簡單等優(yōu)點。③PROFINET在風電等各種復雜的生產(chǎn)過程控制中具有良好的應用價值。

參 考 文 獻

[1]彭杰，李秀元，應啟戛.PROFINET及其同步實時通信分析[J].微計算機信息，2006，22（25）：208-209.

[2]張進鴻，趙偉.基于工業(yè)以太網(wǎng)Profinet卷煙制絲線的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)[J].科技風，2013（6）：37.

[3]董偉，李正，趙瑜，等.PROFINET CBA在煙草制絲線控制系統(tǒng)中的應用[J].工業(yè)控制計算機，2013，26（8）：81-82.

[4]李秀元，彭杰，應啟戛.PROFINET實時通信技術剖析[J].電氣自動化，2006，28（3）：29-31.

[5]西門子（中國）有限公司.基于組件技術的自動化[J].儀器儀表標準化與計量，2003（5）：23-25.

[責任編輯：陳澤琦]