導(dǎo)語：物流系統(tǒng)中PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)的作用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

以多家著名自動化會員公司（例如西門子、菲尼克斯）為代表的PI國際組織推出了基于實時工業(yè)以太網(wǎng)的PROFINET協(xié)議標準。各個廠商以此協(xié)議標準推出了各種自動化產(chǎn)品和解決方案，為當前的自動化用戶提供了一個簡單可靠、完全透明的工業(yè)以太網(wǎng)平臺的解決方案。同時由于PROFINET能夠全面的支持IT技術(shù)，更好的融入企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，使得信息流、控制流一網(wǎng)到底成為可能。PROFINET的最主要特點如下[2]：1）數(shù)據(jù)通訊實時、穩(wěn)定。以太網(wǎng)主要使用在對數(shù)據(jù)通訊實時性要求不高的辦公系統(tǒng)中，由于基于CSDA/CD的通訊技術(shù)使得在網(wǎng)絡(luò)負載很高的情況下，系統(tǒng)無法確定數(shù)據(jù)傳遞的時間。PROFINET針對自動化實時性的需求，規(guī)定了3種不同的通訊方式，確保數(shù)據(jù)通訊實時、穩(wěn)定和安全，滿足現(xiàn)場設(shè)備的不同實時通信要求。2）多元化的網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)。利用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機很容易組成星型、樹型、環(huán)形等適合現(xiàn)場設(shè)備布局的系統(tǒng)架構(gòu)。同時基于在WLAN和Bluetooth等無線技術(shù)的PROFINET給用戶帶來全方位的組網(wǎng)優(yōu)勢，更好地適應(yīng)系統(tǒng)現(xiàn)場的要求。3）全面兼容標準的TCP/IP。PROFINET全面兼容TCP/IP標準，很容易實現(xiàn)各種的信息技術(shù)，并借助現(xiàn)有成熟的IT軟件和方案，給自動化系統(tǒng)提供更好、更快的方案。為了滿足自動化系統(tǒng)的實時性要求，PROFINET協(xié)議提供了3種不同等級的通信方式，主要特點如下。

標準TCP/IP通訊PROFINET協(xié)議仍然保留了TCP/IP和IT協(xié)議標準，因此同樣具有SMTP，F(xiàn)TP和HTTP等標準的應(yīng)用層協(xié)議，全面兼容IT的通訊技術(shù)。雖然該通訊方式的響應(yīng)時間大概在100ms的量級，但是完全能夠滿足工廠級信息流控制的應(yīng)用要求。

實時通訊（RT）在分布式控制系統(tǒng)中，主控制器與遠程IO從站之間數(shù)據(jù)交換的響應(yīng)時間要求十分苛刻，典型的時間為10ms量級，原有的IT通訊方式無法滿足這么高的實時性要求。PROFINET協(xié)議標準提供了一個優(yōu)化的，基于二層的實時通訊通道。經(jīng)過交換機的時候，數(shù)據(jù)無需達到IP層就直接轉(zhuǎn)出，減少了數(shù)據(jù)在交換機中的處理時間，提高了數(shù)據(jù)傳遞的速度。同時PROFINET中按照IEEE802.1Q將這些數(shù)據(jù)包區(qū)分優(yōu)先級，讓交換機優(yōu)先處理PROFINET數(shù)據(jù)包，更好的滿足設(shè)備層的實時性要求。

同步實時通訊（IRT）運動控制在控制系統(tǒng)中，對于實時性要求最高，一般對于數(shù)據(jù)傳遞的要求要小于10ms。PROFINET的實時同步（IRT）技術(shù)采用高速ASIC芯片處理實時數(shù)據(jù)的循環(huán)同步，在硬件上直接開辟一條完全屬于IRT的通訊通道，即使在同一個網(wǎng)絡(luò)線路上其他數(shù)據(jù)負載很大的時候，也可以確保IRT數(shù)據(jù)通道暢通。在100個節(jié)點下，其響應(yīng)時間要小于1ms，抖動誤差要小于1μs，以此來確?？刂菩畔⒓皶r的響應(yīng)，完全滿足各種的運動控制的通訊需求。

化纖包裝物流線

紡織化纖產(chǎn)品已供過于求，行業(yè)競爭激烈，利潤急劇下降，生產(chǎn)企業(yè)壓力較大，同時去年人口普查表明，中國的人口紅利開始慢慢消失，而近幾年招工荒的出現(xiàn)對企業(yè)用工是一個大的挑戰(zhàn)。企業(yè)面對用工荒的對策是讓生產(chǎn)機械化現(xiàn)代化，降低用工數(shù)/單位產(chǎn)值這一比值。本項目就是這個背景下，由天圣控股集團投資，在濱海工業(yè)園區(qū)打造的化纖全自動包裝物流生產(chǎn)線。每天完成大約幾千噸的化纖釘?shù)陌b和輸送工作。整個項目一共由兩個獨立的包裝車間組成，每一個包裝車間都有三條獨立的包裝線進行化纖釘?shù)拇虬洼斔?。在三條包裝線的末端的導(dǎo)軌上，兩臺小車根據(jù)不同的要求接送打包好的化纖包到制定的運輸出口，并由鏟車裝到相應(yīng)的貨車上。

系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)采用菲尼克斯的控制系統(tǒng)和實時以太網(wǎng)PROFINET架構(gòu)（見圖3）。ILC350PN控制器作為主站，通過PROFINET以太網(wǎng)交換機連接現(xiàn)場側(cè)的PROFINET遠程IO系統(tǒng)，并通過環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接到主控制箱中。由于整個控制系統(tǒng)中有5個在軌移動小車，因此在小車附近采用支持PROFINET的WLAN無線系統(tǒng)，確?？刂频膶崟r性，彌補了有線系統(tǒng)對于移動設(shè)備的不足，使得系統(tǒng)控制更加安全和快捷。同時，由于基于PROFINET的WLAN網(wǎng)絡(luò)又能夠全面的兼容標準的無線網(wǎng)絡(luò)，因此可以輕松的接入無線手持設(shè)備，在整個包裝線上，實時查詢和校驗各個工位包裝的信息是否正確。

編程模塊化

“面對對象”的編程方式已經(jīng)在IT領(lǐng)域十分普遍，利用邏輯思維方法把日常生活匯中的問題進行抽象、歸納，然后分類、聚合，再進行繼承和封裝，最后建立能夠解決相同類型問題的軟件模型。然而在自動化控制領(lǐng)域，原有軟件的架構(gòu)和特點仍然是注重邏輯和順序運算。菲尼克斯ILC350PN可編程邏輯控制器作為控制核心，是一款高性價比的新型PLC，滿足復(fù)雜設(shè)備制造商和中小型項目的要求，提供各種自動化功能的最佳技術(shù)和高效、靈活、經(jīng)濟性的解決方案。ILC350PN是基于高性能的開發(fā)軟件PCWORX，因此使得對象模塊化編程成為可能。PCWORX中文版的編程軟件[3]，提供了標準的5種IEC編程語言（IEC61131-3）。包括功能塊圖FBD、梯形圖(LD)語言、指令列表IL、結(jié)構(gòu)化文本ST和序列控制SFC。這些所有的語言可以在同一個應(yīng)用程序中混合使用。其中ST、FDB和LD的混合編程，能夠使程序更加靈活，大大縮短開發(fā)時間。在該打包物流系統(tǒng)中，最主要的就是物流輸送過程。每一個工位的基本功能之一就是對于化纖包進行輸送，現(xiàn)在對最基本的三工位物流輸送實現(xiàn)模塊化處理。任取系統(tǒng)中的三個環(huán)節(jié)工位。在這三個工位上都有馬達控制，對馬達進行對象化處理，提取馬達控制的共同屬性，建立馬達FB塊。而物流傳遞過程中，三工位的傳遞方式都一樣，可以分解為接貨過程和送貨過程。對于沒有實體對象，但是具有相同功能的自動傳遞控制邏輯，也利用對象進行實例化，完成自動控制的FB塊。針對這三個工位建立三個不同的程序?qū)嵗齺韺?yīng)不同的工位，每一個程序?qū)嵗梢暈榫唧w一一對應(yīng)的現(xiàn)場工位。在該程序?qū)嵗校民R達對象FB生成現(xiàn)場具體的馬達實例對象，利用自動控制FB塊事先前后兩個工位的控制信息傳遞，這就完成了整個工位的程序化操作。然后使用全局變量進行各個工位之間接口信號的傳遞，達到“可見即可得”的控制方式。

現(xiàn)場調(diào)試

基于profinet實時以太網(wǎng)技術(shù)的控制架構(gòu)，不僅能夠滿足現(xiàn)場實時性的要求，同時菲尼克斯的控制系統(tǒng)提供全面的網(wǎng)絡(luò)診斷信息功能，使得現(xiàn)場幾十個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和遠程IO系統(tǒng)的通訊狀態(tài)一目了然。由于采用分布式控制和環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最大程度的提高的網(wǎng)絡(luò)的可靠性和硬件的穩(wěn)定性。對于軟件方面，利用對象模塊編程，不僅整個系統(tǒng)描述十分清晰，程序工作人員能以最快的方式找到系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)，同時也給程序調(diào)試帶來極大方便。一旦某一工位出錯，在程序中打開相應(yīng)的對象工位，尋找功能模塊。在監(jiān)控畫面中能讀出整個工位對象狀態(tài)，找到出錯的地方或不滿足的條件，大大縮短了程序員調(diào)試查錯的時間。由于整個控制系統(tǒng)中外加了基于PROFINET無線AP的功能，實現(xiàn)了對移動小車的無線化控制，不僅減少了硬接線的工作量，同時也為編程調(diào)試和現(xiàn)場維護提供了無線接入功能，調(diào)試人員可以拿著具有無限網(wǎng)卡功能的PC在現(xiàn)場隨意走動調(diào)試，為調(diào)試帶來了極大的方便。同時PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)全面兼容標準的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因此可以快速、方便的接入手持信息采集設(shè)備，隨時讀取物流線上的產(chǎn)品，跟控制系統(tǒng)信息流數(shù)據(jù)進行對比和校驗，確保產(chǎn)品信息的準確性。

結(jié)束語

PROFINE系統(tǒng)的開發(fā)和發(fā)展為自動化系統(tǒng)提供了完善的技術(shù)平臺，利用特有的通訊方式，不僅具有現(xiàn)場總線的實時性控制要求，同時多元化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和傳輸介質(zhì)，使得系統(tǒng)的擴展和維護更易實現(xiàn)。基于PROFINET網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的物流自動化系統(tǒng)，不僅確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，而且通過無線和有線傳輸方式地轉(zhuǎn)換，能夠完美得滿足物流系統(tǒng)中各種工況的柔性控制需求。同時PROFINET兼容標準的TCP/IP，利用IT技術(shù)彌補企業(yè)管理系統(tǒng)無法直接采集和跟蹤現(xiàn)場制造數(shù)據(jù)的瓶頸，能夠為上層管理系統(tǒng)提供全透明的數(shù)據(jù)信息，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

作者：施華喬叢楊斌程雪暉單位：菲尼克斯（中國）投資有限公司