PROFINET新使命：智慧连接工业4.0时代

文/梁秀璟

PROFINET新使命：智慧连接工业4.0时代

文/梁秀璟

为应对“工业4.0”愿景和“中国制造2025”国家战略规划的挑战，西门子正大力推进数字化企业发展。而若想走向数字化企业，需要走好这四步：应用数字化企业软件套件、部署工业通迅网络、确保在工业环境下工厂与网络的安全和系统的完整性，以及面向特定业务的工业服务。其中，工业通讯是至关重要的基础。

在2015年8月19日召开的“西门子PROFINET峰会”中，西门子(中国)有限公司执行副总裁、数字化工厂集团总经理王海滨讲到：“数字化企业必须基于一体化的网络，使工厂实现数据互通，提供源源不断的信息流，其中的核心就是需要完备的通讯网络，而更灵活、更高效、更高性能的PROFINET完美地契合这一需求。”

西门子(中国)有限公司执行副总裁、数字化工厂集团总经理 王海滨

从PROFIBUS到PROFINET

多年以来，PROFIBUS已成为一种应用广泛的先进设备现场总线，PROFIBUS采用串行总线技术，并于20世纪80年代首次推出了分布式结构，大幅推动了自动化领域的变革。20世纪90年代，以太网已遍布IT领域，并逐渐在工业领域得到了应用。如今，我们很难想象生产系统中不使用这两种系统。

PROFINET作为PROFIBUS的延伸与升级，集PROFIBUS和以太网两种优势于一身，实现了PROFIBUS丰富的工业应用技术与以太网的开放性和灵活性的完美集成，成为了全球领先的基于工业以太网技术的工业现场总线标准。

不可否认的是，截止到目前，PROFIBUS在全球及中国工业市场中依然有着相当高的占有率，据PI数据统计，PROFIBUS目前在全球的安装节点高达5000万。那么，对于那些正在应用PROFIBUS总线技术的用户来讲，西门子如何在保护他们既有投资的情况下，实现从PROFIBUS向PROFINET的转换成为了他们关心的问题。

事实上，对于这个问题，西门子早有考虑。从技术上实现PROFIBUS到PROFINET的转换并不复杂。通过IE/PB Link，可快速将当前的各个工厂车间连接到PROFINET。这样，就可顺利地将PROFIBUS上的各种现场设备轻松集成到新的PROFINET工程中。对此，客户既可以选择全厂一次性转换，也可以分阶段逐步转换。

对于如何更好地保护用户的既有投资，西门子（中国）有限公司数字化工厂集团工厂自动化部总经理卫岳歌给出了进一步的阐述：“我们暂且将工业用户分为两大类——过程行业用户及机器设备制造商。以过程行业用户为例，如果用户需要将现有系统升级到PROFINET系统，西门子并不会让他抛弃所有在用的系统，我们可以提供很多网关以及技术、解决方案，把这两种基于不同总线的系统融合在一起，实现新旧系统并存的状态。比如我们推出的TIA博途工程软件平台，在这个平台中，可同时实现对Simatic S7-300系列控制器和全新的Simatic S7-1500系列控制器的操作，从这个角度来讲，我们极大地保护了用户对现有系统的投资。那么，对于机器设备制造商而言，产品的更新换代周期要短于过程行业用户，所以基本上，在一个生命周期结束后，他们都会积极地寻求和应用一些市场上的新技术，但是他们也会担心在转换的过程中是不是存在软件移植等问题，关于这些问题，西门子都可以提供完备的技术支持和服务。”

PROFINET，实现数字化企业的关键

全球化为企业的快速成长提供了一个绝佳的新机遇。但机遇往往与挑战并存：要在激烈的全球市场竞争中始终处于不败之地，不仅需要确保产品生产的高质量，同时还需要实现生产高效性以及工厂的高可用性。与此同时，高灵活性、高产能与高效率也是判断一家企业是否成功的重要因素。PROFINET，正是优化这些因素并引领成功的关键所在。

众所周知，与传统工厂相比，数字化工厂的数据传输量更大。而PROFINET可将传输能力从以往以KB/s为计算单位的传输提升到高达100MB/s，大幅提升了传输速度。

与此同时，PROFINET网络更加灵活，支持多种拓扑结构，可以允许多种技术协议同时进行，还具有实时的无线通讯能力。这也就是说，借助一条统一的PROFINET电缆传输介质，既能完成所有的控制任务，还能实现数据跨越现场层、控制层和管理层的传输，将工厂各个部分联系为统一整体，真正做到一网到底，管控一体化。

此外，PROFINET的抗电磁干扰能力也很突出。在工业生产中，PROFINET的抖动精度只有不到1us，令数据的传输更加稳定，且时钟频率极为精准，增强了生产确定性。

PROFINET自带的诊断功能亦非常强大，可以帮助用户快速找寻到设备故障点，最大限度减少停机时间。

事实上，PROFINET强大的自诊断功能得益于系统的开放性，而开放性使其当之无愧地成为了实现数字化工厂的关键。因为PROFINET兼容性好，几乎可以做到即插即用，它不仅让工厂设备互联变得十分便利，还可以与外接设备相连、与因特网互通，工厂管理者、操作人员可以通过电脑IE浏览器，甚至手机、iPad等移动设备进行控制。网络的开放性还带来PROFINET优越于其他总线的强大的系统诊断能力，可以覆盖每一个通道，这为工厂连续生产打下坚实基础，而这些功能则将在未来的数字化企业建设中发挥更大的作用。

PROFINET，打造数字化工厂样板

数字化工厂是采集工厂的现场数据与底层执行机构的信息为控制层所用，继而为企业管理层提供决策参考。由此可见，数字化工厂重现了数据的价值，却也对数据传输提出了新的要求。而西门子基于PROFINET打造的数字化工厂样板，无疑为客户提供了可以参考的范本。

先以西门子自身的成都数字化工厂为例。面向未来的西门子数字化工厂平台是一个高度集成的自动化、信息化整体解决方案。平台顶层是PLM与ERP信息化系统的贯通，提供主数据、工艺路线、设计数据、物料清单、生产订单；第二和第三层实现MES系统和监控操作层DCS信息数据的串联与交互，从而有效地实现从产品设计到生产的自动化和智能化；第四和第五层使用了TIA系统，将工厂自动化底层的控制层和现场层的各种控制单元和设备统一管理起来。从西门子数字化工厂平台架构中可以看到，PROFINET是整个工厂传输大数据和高精度控制的基础，极大提升了工业制造的智能化和高效化，同时也提升了生产的安全性。

除了西门子自身成都工厂的实践以外，已经陆续有客户尝到了PROFINET的“甜头”。软控股份有限公司（以下简称软控股份）就是其中之一。

软控股份是一家全球领先的轮胎装备制造商。自2014年开始意识到数字化制造的重要性。西门子作为软控的战略合作伙伴，提供最新电气化、自动化及数字化产品以支持其数字化业务的改造。

软控研究院院长张斌认为，软控股份需要找到具有共同价值观的战略合作伙伴，西门子就是其中非常重要的一个。数字化工厂必须基于一体化的网络，使工厂实现互联互通，提供源源不断的信息流。在这方面，西门子PROFINET是软控选择的最优解决方案。

张斌这样描述基于PROFINET的未来工厂的场景：以PROFINET为枢纽，基于企业生产管理平台的核心控制，数据的处理能力将得到尽情释放，设备供应商完全可以对橡胶制造工厂进行远程监控和预警；基于大数据，根据数据波动，设备具备自诊断功能，总是在将坏未坏之时发现问题，将其上报给服务方，工程技术人员可在远程完成维修；设备在生产过程中，能够进行生产的自纠正，通过自适应算法进行调整，提高生产的稳定性。

借助统一的PROFINET介质，不仅可以帮助客户提高生产水平，而且可以完成企业的精益化管理。与此同时，软控股份也在筹划建设自己的数据中心。未来，通过PROFINET，企业的生产管理平台将实现统一的电子数据管理和信息集成，并与PLM、MES、ERP等系统对接，实现全制造环节的互联互通，在生产与企业管理层面全面实现数字化。

如今，PROFINET在全球安装的节点设备已近1000万。从2014年9月起，PROFINET被正式批准为中国国家推荐性技术标准，这对其未来在中国市场的推广将起到极大的促进作用。王海滨表示：“PROFINET可以适用于过程自动化、工厂自动化以及运动控制，目前中国市场中，PI-China的会员已达140家，未来还有很大的成长空间，我们坚信，西门子打造的以PROFINET为基础的数字化企业平台将帮助更多的中国企业智慧连接工业4.0时代，实现数字化的梦想。”