朱帷晞 朱鴻屹 舒健

【摘 要】文章對(duì)PROFINET、PROFIBUS在卷煙廠封裝工藝風(fēng)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)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(guān)鍵詞】PROFIBUS;PROFINET;工藝風(fēng)力

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP336 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）08-0165-02

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線是一種多點(diǎn)雙向數(shù)字傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，對(duì)智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行連接，降低了生產(chǎn)工藝流程的建設(shè)成本，因而獲得廣泛應(yīng)用。PROFIBUS和PROFINET均由現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際組織引入。本文在分析了兩種總線的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)之后，針對(duì)某卷煙廠封裝工藝風(fēng)控系統(tǒng)，對(duì)這兩種網(wǎng)絡(luò)控制方案進(jìn)行了現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的比較。

1 背景知識(shí)介紹

PROFIBUS是一種國(guó)際通用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，不依賴于設(shè)備制造商，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程智能設(shè)備進(jìn)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(shù)的總線標(biāo)準(zhǔn)[1]，包括實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、分布式自動(dòng)化、故障安全和網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)，為自動(dòng)控制領(lǐng)域提供了完整的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案。作為跨廠商技術(shù)，它兼容現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)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(shí)時(shí)循環(huán)通信：同步實(shí)時(shí)（Isochronous Real-Time，IRT）通信和實(shí)時(shí)（Real-Time，RT）通信。RT通信無(wú)時(shí)間同步要求，響應(yīng)時(shí)間通常為5～10 ms，主要用于工廠自動(dòng)化;IRT通信主要用于有時(shí)間同步要求的場(chǎng)合，如電子齒輪、運(yùn)動(dòng)控制等。RT通信和RT通信的協(xié)議和幀結(jié)構(gòu)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(shù)，任何基于以太網(wǎng)的開(kāi)發(fā)都可以直接應(yīng)用于PROFINET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[3-4]。

2 比較PROFINET與PROFIBUS

2.1 性能比較

PROFINET和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)之間的性能比較見(jiàn)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(gè)方面分析PROFINET和PROFIBUS的差異：通信協(xié)議消息、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間和總線周期時(shí)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(bào)頭較長(zhǎng)，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(shí)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(shí)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間還是遠(yuǎn)大于PROFINET。

PROFINET和PROFIBUS的ET200總線循環(huán)時(shí)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(yuǎn)大于PROFINET。

PROFINET的優(yōu)點(diǎn)如下：①通信速率高，可實(shí)時(shí)通信。②就近連接不同工藝，方便快捷。③實(shí)際系統(tǒng)通常采用混合結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)拓?fù)?，包括星形、線形、樹(shù)形和環(huán)形結(jié)構(gòu)。④網(wǎng)絡(luò)安全度高，設(shè)備接口規(guī)范和接線明晰。⑤通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)各種管理功能，如設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)的配置及網(wǎng)絡(luò)診斷。Web集成環(huán)境下可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)Internet技術(shù)訪問(wèn)組件。⑥頂層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)TCP/IP協(xié)議可直接訪問(wèn)和診斷最低級(jí)別的IO設(shè)備。

3 在封裝工藝風(fēng)控系統(tǒng)中的應(yīng)用比較

卷繞單元的處理空氣系統(tǒng)是指用于實(shí)現(xiàn)負(fù)壓的整套裝置，包括負(fù)壓風(fēng)扇等，為卷煙、噴嘴和除塵過(guò)程提供動(dòng)力，并收集每個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵。該控制系統(tǒng)為非線性、時(shí)變、強(qiáng)耦合多變量系統(tǒng)。

在此后的技術(shù)改造中，PROFINET網(wǎng)絡(luò)控制方案運(yùn)用于過(guò)程空氣控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由圖4可知：①程序包括S7-400系列PLC、ET 200SI/O設(shè)備、變頻器、開(kāi)關(guān)、觸摸屏和主機(jī)。采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展。②系統(tǒng)易于調(diào)試，可以在附近選擇訪問(wèn)端口?？梢允褂猛ㄓ靡蕴W(wǎng)電纜實(shí)現(xiàn)與PLC的連接，便于監(jiān)控、調(diào)試和完善功能。③各種設(shè)備直接連接到工業(yè)以太網(wǎng)，典型響應(yīng)時(shí)間為10 ms，滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。

在非線性、時(shí)變、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)——封裝工藝風(fēng)控系統(tǒng)投入使用運(yùn)行了近3年后證明，該系統(tǒng)運(yùn)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(chē)間的生產(chǎn)效率。此外，該系統(tǒng)在后期階段添加了多個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備，基于PROFINET的結(jié)構(gòu)和控制方法大大降低了重構(gòu)難度。

4 結(jié)論

本文對(duì)兩種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)PROFINET和PROFIBUS，以及它們與封裝技術(shù)的風(fēng)控系統(tǒng)在制造業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：①PROFINET網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)時(shí)性和快速適應(yīng)性可以彌補(bǔ)PROFIBUS控制網(wǎng)絡(luò)的低速、復(fù)雜的缺點(diǎn)。②在實(shí)際應(yīng)用中，PROFINET網(wǎng)絡(luò)由混合結(jié)構(gòu)組成，具有控制效果更好、響應(yīng)時(shí)間更短、跟蹤性能更優(yōu)、故障點(diǎn)可以更快速地定位及系統(tǒng)維護(hù)更簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。③PROFINET在風(fēng)電等各種復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程控制中具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]彭杰，李秀元，應(yīng)啟戛.PROFINET及其同步實(shí)時(shí)通信分析[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（25）：208-209.

[2]張進(jìn)鴻，趙偉.基于工業(yè)以太網(wǎng)Profinet卷煙制絲線的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[J].科技風(fēng)，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(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013，26（8）：81-82.

[4]李秀元，彭杰，應(yīng)啟戛.PROFINET實(shí)時(shí)通信技術(shù)剖析[J].電氣自動(dòng)化，2006，28（3）：29-31.

[5]西門(mén)子（中國(guó)）有限公司.基于組件技術(shù)的自動(dòng)化[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2003（5）：23-25.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]