如何改善工業(yè)控制的網(wǎng)絡通信

通過部署先進的以太網(wǎng)技術以及與TSN技術的無縫集成，可以幫助制造企業(yè)增強工業(yè)設備的網(wǎng)絡通信能力。將工業(yè)通信接口集成到自動化設備中，首先要收集信息以確定工業(yè)網(wǎng)絡的功能以及熟悉手頭的任務。如果不需要每次都重新開始，則新設備的開發(fā)速度會更快。

根據(jù)所需的功能（一致性等級），必須為每個案例選擇合適的實施類型?？捎玫拈_發(fā)能力、公司專業(yè)知識、生成接口的預期成本以及上市時間，也發(fā)揮著重要作用。有各種入門套件和評估方式可用于大多數(shù)實施案例。這些集合可以快速介紹開發(fā)活動，并且通常還包含完整的開發(fā)環(huán)境。示例程序、電路以及框圖特別有用。開發(fā)包還包括相關供應商的可認證PROFINET堆棧和詳細文檔。

硬件和軟件設計所需的行動計劃和支出，在很大程度上取決于所選擇的實施方法。此時，設備制造商可以獨立地進行開發(fā)工作，也可以與開發(fā)或技術合作伙伴協(xié)同工作。獨立開發(fā)需要良好的PROFINET專業(yè)知識，擁有自己的硬件和軟件開發(fā)資源。

為了減輕自動化設備制造商在開發(fā)資源方面的壓力，PI組織為其成員公司提供完整的開發(fā)包、可以隨時安裝的PROFINET通信模塊以及一系列開發(fā)服務。這一切都為設備制造商提供了從設計階段到硬件和軟件開發(fā)再到認證所需的支持。

IEEE802.3 以太網(wǎng)標準旨在確保PROFINET自動化設備之間， 以及PROFINET自動化設備和其它標準以太網(wǎng)設備之間的無故障通信。對于實施要求比較嚴格的應用，PROFINET提供的機制使標準和實時通信能夠并行共存?？梢允褂萌齻€相互構(gòu)建的性能級別來擴展與PROFINET的通信。

工程數(shù)據(jù)和非時間關鍵數(shù)據(jù)的傳輸，通過傳輸控制協(xié)議/ 網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）進行。所有自動化設備之間都可以進行標準通信。實時（RT）通道可用于傳輸過程數(shù)據(jù)。對于運動控制等同步應用，使用等時同步實時（IRT）通信。這使時鐘速率<1ms且抖動<1μs。

等時同步實時功能基于設備中的硬件支持，這意味著必須使用特定的專用集成電路（ASIC）、微控制器和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）。沒有等時同步實時硬件支持的商用交換機專用集成電路僅適用于實現(xiàn)具有實時功能的自動化設備?？梢曰跇藴室蕴W(wǎng)組件和PROFINET軟件堆棧開發(fā)具有實時通信功能的設備。

為了滿足自動化系統(tǒng)的不同要求， 為PROFINET定義了三個相互依賴的一致性等級（Conformance Classes，簡稱CC）。每個類的功能范圍，由典型應用領域確定。在為PROFINET設備接口選擇實施選項之前，設備制造商必須考慮所需的一致性等級，因為接口實現(xiàn)的類型會影響可以實現(xiàn)的一致性等級。

購買軟件堆棧并在應用程序處理器上實現(xiàn)。軟件堆棧是最常見的PROFINET實現(xiàn)方式之一，這是批量實現(xiàn)協(xié)議的最具成本效益的方式，同時這也是實施PROFINET 最復雜的一種方式。堆棧涉及許多外圍軟件，如操作系統(tǒng)、IP堆棧、非易失性RAM 等。

時間敏感網(wǎng)絡（TSN）是一種很有前途的技術，為PROFINET提供了很多潛力。TSN旨在將廣泛的IT網(wǎng)絡與自動化網(wǎng)絡的穩(wěn)健性和確定性相結(jié)合。簡而言之：通過標準IT網(wǎng)絡實現(xiàn)硬實時。這并不意味著是對PROFINET的革命。相反，它代表了PROFINET正在構(gòu)建的一個更有遠見的架構(gòu)。

TSN為PROFINET提供ISO/OSI模型中的新第2層。它對應當今的實時和等時同步實時技術。這表明TSN在未來幾年內(nèi)不會取代實時或等時同步實時。這是一個附加選項，具有許多潛在的好處?，F(xiàn)在提供實時和等時同步實時解決方案的制造商，未來仍然可以繼續(xù)提供它們。使用實時或等時同步實時來運營系統(tǒng)的用戶，可以確信他們使用的技術具有可持續(xù)性。

TSN提供了使用標準芯片組實現(xiàn)這一目標的可能性，因為TSN基于開放標準，并得到許多半導體供應商的支持。關于PROFINET的所有其它內(nèi)容均保持不變，尤其是診斷、配置、報警等服務。這使用戶和設備制造商在將來可以輕松使用TSN。他們可以在現(xiàn)有知識的基礎上繼續(xù)使用他們開發(fā)的應用程序。