PROFINET是什么？

PROFINET的全称是Process Field Net，是由PROFIBUS国际组织PI（PROFIBUS International）推的出，在IEC61158标准系列中排行第10（进了“Top10”呢），让我们来认识一下PROFINET。有人说：看一个人周围的朋友什么样就知道他是什么人，PROFINET的“朋友”有PROFIBUS、INTERBUS、FF、World FIP，所以说PROFINET是一种现场总线标准，而且是基于工业以太网技术的新一代自动化总线标准。

提到“标准”这个词，大家会有怎样的直观印象呢？是白皮书一样的东西——有章节和条款、有文字和数据、有定义和解释。的确，PROFINET的培训教程的内容不外乎是实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、安全、过程控制、IT标准等部分，样子千篇一律，讲解晦涩难懂，活脱脱一副“老学究”的样子，一点也没给人一种“新一代”的感觉。于是，鄙人就想通过一种当下比较流行的方法——图解xxx或者是一幅图看懂xxx，来重新解读一下PROFINET，使之变得亲切些，更接地气儿。

工业4.0”是当前制造业最热门的话题，所以不谈这个话题都不好意思跟同行们打招呼。“工业4.0”里面的一个重要内容是智慧工厂，工厂流水线设备之间通信，无论是传统的有线连接还是先进的无线连接与分布式控制，都可以通过PROFINET实现，从某个角度可以说PROFINET的作用就是这些蓝色和红色的“连接线”。不要小看这些线，这些不是绣花线，而是在“连接智能世界”——智能的连接。

再来点料，机器人是当前很高大上的东西，机器人控制系统的通信网络越来越多的应用工业以太网，如果说控制器是人的大脑的话，那么工业以太网就是神经系统，用于传输各种感知信号和动作指示。PROFINET的作用就是使得通信网络更能满足运动控制苛刻的要求，能让机器人做到歌中所唱的那样“我神经比较大，不怕不怕不怕啦”。

近几年去过工博会西门子展台的诸位工程师，有一张图应该会有印象，那就是工厂自动化通信网络的“三角形”分层架构，即由下至上是现场层、控制层、管理层。PROFINET最突出的特点是能通过一种网线，可以传输过程数据、语音、图像等数据，连接不同的网络，真正实现“一网到底”。

一般人也许对“一网到底”没有什么直观感觉，因为现在的工厂网络运行的挺好，体会不到改进有什么好处，其实我打一个比方，你就有感觉了。

让我报个装修方面的料，水电改造（上图右）是装修的一个重要环节，也是装修公司在最挣钱的部分。水电改造中需要考虑强电（220V）、弱电（电视、电话、网络）分离，强电部分需要选择不同粗细的电线，比如空调的电源线要粗，而照明的电源线可以细一些。由于电源线粗细不同，而且电话线、电视和网络信号线就得买不同种类的线，选择各种电线其实是大家不太了解的地方，所以才是最挣钱的地方。假如有一天出现这样一种技术，甭管强电弱电还是电流大小，可以统统使用一种标准的、可靠的、价格透明的线路，最好还能供水（开玩笑了），那么诸位的装修就能大大省钱了！而PROFINET针对工厂通信网络就是这样一种技术！

过程控制自动化近几年有一个趋势，那就是随着微处理器与PC的成本变得越来越低，现场设备、传感器和执行器的过程自动化从以前的集中控制，变成分布式智能，这些IO、阀、驱动器等智能设备也越来越多的的通过工业以太网进行连接和通信。PROFINET能所有这些不同层次的系统整合到一个统一的、功能丰富的网络中。PROFINET具有多制造商产品之间的通讯能力，自动化和工程模式，并针对分布式智能自动化系统进行了优化。其应用结果能够大大节省配置和调试费用。PROFINET系统可以集成包括Profibus在内其他总线系统，提供了对现有系统投资的保护。

从软硬结合的角度去理解，PROFINET内容应该分为工业以太网（硬件）和通信协议（软件），其中工业以太网分为以太网技术、安装、网络安全等；而通信协议包括PROFINET IO、PROFINET CBA、行规。既然PROFINET是一种自动化总线标准，那么其主要任务就是构建控制器与现场设备之间的通信网络，因此用于描述“分布式外设”的PROFINET IO部分是PROFINET的主要内容。

国外PROFINET教程在内容编排上会先从以太网基础知识开始介绍，其套路讲究的是“万丈高楼平地起，打好基础很重要”。不过我觉得可以换一个思路，从需要实现一个什么东西讲起，再将如何实现，接着讲为什么这样实现，通过这种“结果导向”的方式更容易调动积极性。这让我想到大学时学习C语言编程，如果当时老师拿出一个小游戏程序，告诉大家这是用C语言写的，然后开始一边玩游戏一边改程序，于是大家发现改动会使游戏运行效果不一样，那么童鞋们这门课的成绩会很好。原因很简单：兴趣是最好的老师嘛。

所以，我考虑使用PROFINET技术模拟搭建一个满足“工业3.0”特点的工厂自动化控制通信网络，逐步解释一下其中的技术细节。