PROFIBUS与PROFINET的对比分析

朱帷晞 朱鸿屹 舒健

【摘 要】文章对PROFINET、PROFIBUS在卷烟厂封装工艺风控系统中的应用进行了比较。相比PROFIBUS，PROFINET在功能齐全性、传输效率高效性、抗干扰性、使用便捷性方面更优。

【关键词】PROFIBUS;PROFINET;工艺风力

【中图分类号】TP336 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）08-0165-02

工业现场总线是一种多点双向数字传输的通信网络，对智能现场设备进行连接，降低了生产工艺流程的建设成本，因而获得广泛应用。PROFIBUS和PROFINET均由现场总线国际组织引入。本文在分析了两种总线的优点和缺点之后，针对某卷烟厂封装工艺风控系统，对这两种网络控制方案进行了现实场景的比较。

1 背景知识介绍

PROFIBUS是一种国际通用的现场总线标准，不依赖于设备制造商，通过对生产过程智能设备进行数字通信和控制，为工厂的集控提供了可行性。PROFINET是基于工业以太网技术的总线标准[1]，包括实时以太网、分布式自动化、故障安全和网络安全等技术，为自动控制领域提供了完整的工业网络解决方案。作为跨厂商技术，它兼容现有现场总线和工业以太网，能充分利用客户现有的资源。

PROFINET提供两种实时循环通信：同步实时（Isochronous Real-Time，IRT）通信和实时（Real-Time，RT）通信。RT通信无时间同步要求，响应时间通常为5～10 ms，主要用于工厂自动化;IRT通信主要用于有时间同步要求的场合，如电子齿轮、运动控制等。RT通信和RT通信的协议和帧结构如图1所示。

由于介质完全不同，所以PROFIBUS和PROFINET协议完全不同。PROFIBUS基于RS485串行总线。PROFINET基于工业以太网技术，任何基于以太网的开发都可以直接应用于PROFINET网络技术[3-4]。

2 比较PROFINET与PROFIBUS

2.1 性能比较

PROFINET和PROFIBUS网络之间的性能比较见表1。

从表1可以看出，相比PROFIBUS，PROFINET在功能齐全性、传输速率高效性、抗干扰及使用便捷性方面更优。

2.2 通信比较

我们可以从3个方面分析PROFINET和PROFIBUS的差异：通信协议消息、数据传输时间和总线周期时间。表2列出了PROFINET和PROFIBUS协议消息的一些参数。

从表2中可以看出，由于报头较长，PROFINET包含了更多的信息并携带了更多的数据。

二者的传输时间比较如图2所示。从以上图表中可以看出，PROFIBUS在最大传输速度为12 Mb/s时，数据传输时间还是远大于PROFINET。

PROFINET和PROFIBUS的ET200总线循环时间的比较如图3所示。从图3可以看出，PROFIBUS总线周期虽然逐年递减，但仍远大于PROFINET。

PROFINET的优点如下：①通信速率高，可实时通信。②就近连接不同工艺，方便快捷。③实际系统通常采用混合结构的以太网拓扑，包括星形、线形、树形和环形结构。④网络安全度高，设备接口规范和接线明晰。⑤通过以太网对智能设备实现各种管理功能，如设备、网络的配置及网络诊断。Web集成环境下可通过标准Internet技术访问组件。⑥顶层网络通过TCP/IP协议可直接访问和诊断最低级别的IO设备。

3 在封装工艺风控系统中的应用比较

卷绕单元的处理空气系统是指用于实现负压的整套装置，包括负压风扇等，为卷烟、喷嘴和除尘过程提供动力，并收集每个过程中产生的灰尘。该控制系统为非线性、时变、强耦合多变量系统。

在此后的技术改造中，PROFINET网络控制方案运用于过程空气控制系统的网络结构如图4所示。

由图4可知：①程序包括S7-400系列PLC、ET 200SI/O设备、变频器、开关、触摸屏和主机。采用星形网络拓扑结构，结构简单，易于扩展。②系统易于调试，可以在附近选择访问端口。可以使用通用以太网电缆实现与PLC的连接，便于监控、调试和完善功能。③各种设备直接连接到工业以太网，典型响应时间为10 ms，满足现场需求。

在非线性、时变、强耦合的多变量系统——封装工艺风控系统投入使用运行了近3年后证明，该系统运行稳定可靠，各方面性能得到显著提高，有效保证了包装车间的生产效率。此外，该系统在后期阶段添加了多个系统和设备，基于PROFINET的结构和控制方法大大降低了重构难度。

4 结论

本文对两种网络控制系统PROFINET和PROFIBUS，以及它们与封装技术的风控系统在制造业中的应用进行了比较。结果表明：①PROFINET网络控制的实时性和快速适应性可以弥补PROFIBUS控制网络的低速、复杂的缺点。②在实际应用中，PROFINET网络由混合结构组成，具有控制效果更好、响应时间更短、跟踪性能更优、故障点可以更快速地定位及系统维护更简单等优点。③PROFINET在风电等各种复杂的生产过程控制中具有良好的应用价值。

参 考 文 献

[1]彭杰，李秀元，应启戛.PROFINET及其同步实时通信分析[J].微计算机信息，2006，22（25）：208-209.

[2]张进鸿，赵伟.基于工业以太网Profinet卷煙制丝线的网络控制系统[J].科技风，2013（6）：37.

[3]董伟，李正，赵瑜，等.PROFINET CBA在烟草制丝线控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2013，26（8）：81-82.

[4]李秀元，彭杰，应启戛.PROFINET实时通信技术剖析[J].电气自动化，2006，28（3）：29-31.

[5]西门子（中国）有限公司.基于组件技术的自动化[J].仪器仪表标准化与计量，2003（5）：23-25.

[责任编辑：陈泽琦]