PROFINET新使命：智慧連接工業4.0時代

文/梁秀璟

PROFINET新使命：智慧連接工業4.0時代

文/梁秀璟

為應對“工業4.0”愿景和“中國制造2025”國家戰略規劃的挑戰，西門子正大力推進數字化企業發展。而若想走向數字化企業，需要走好這四步：應用數字化企業軟件套件、部署工業通迅網絡、確保在工業環境下工廠與網絡的安全和系統的完整性，以及面向特定業務的工業服務。其中，工業通訊是至關重要的基礎。

在2015年8月19日召開的“西門子PROFINET峰會”中，西門子(中國)有限公司執行副總裁、數字化工廠集團總經理王海濱講到：“數字化企業必須基于一體化的網絡，使工廠實現數據互通，提供源源不斷的信息流，其中的核心就是需要完備的通訊網絡，而更靈活、更高效、更高性能的PROFINET完美地契合這一需求。”

西門子(中國)有限公司執行副總裁、數字化工廠集團總經理 王海濱

從PROFIBUS到PROFINET

多年以來，PROFIBUS已成為一種應用廣泛的先進設備現場總線，PROFIBUS采用串行總線技術，并于20世紀80年代首次推出了分布式結構，大幅推動了自動化領域的變革。20世紀90年代，以太網已遍布IT領域，并逐漸在工業領域得到了應用。如今，我們很難想象生產系統中不使用這兩種系統。

PROFINET作為PROFIBUS的延伸與升級，集PROFIBUS和以太網兩種優勢于一身，實現了PROFIBUS豐富的工業應用技術與以太網的開放性和靈活性的完美集成，成為了全球領先的基于工業以太網技術的工業現場總線標準。

不可否認的是，截止到目前，PROFIBUS在全球及中國工業市場中依然有著相當高的占有率，據PI數據統計，PROFIBUS目前在全球的安裝節點高達5000萬。那么，對于那些正在應用PROFIBUS總線技術的用戶來講，西門子如何在保護他們既有投資的情況下，實現從PROFIBUS向PROFINET的轉換成為了他們關心的問題。

事實上，對于這個問題，西門子早有考慮。從技術上實現PROFIBUS到PROFINET的轉換并不復雜。通過IE/PB Link，可快速將當前的各個工廠車間連接到PROFINET。這樣，就可順利地將PROFIBUS上的各種現場設備輕松集成到新的PROFINET工程中。對此，客戶既可以選擇全廠一次性轉換，也可以分階段逐步轉換。

對于如何更好地保護用戶的既有投資，西門子（中國）有限公司數字化工廠集團工廠自動化部總經理衛岳歌給出了進一步的闡述：“我們暫且將工業用戶分為兩大類——過程行業用戶及機器設備制造商。以過程行業用戶為例，如果用戶需要將現有系統升級到PROFINET系統，西門子并不會讓他拋棄所有在用的系統，我們可以提供很多網關以及技術、解決方案，把這兩種基于不同總線的系統融合在一起，實現新舊系統并存的狀態。比如我們推出的TIA博途工程軟件平臺，在這個平臺中，可同時實現對Simatic S7-300系列控制器和全新的Simatic S7-1500系列控制器的操作，從這個角度來講，我們極大地保護了用戶對現有系統的投資。那么，對于機器設備制造商而言，產品的更新換代周期要短于過程行業用戶，所以基本上，在一個生命周期結束后，他們都會積極地尋求和應用一些市場上的新技術，但是他們也會擔心在轉換的過程中是不是存在軟件移植等問題，關于這些問題，西門子都可以提供完備的技術支持和服務。”

PROFINET，實現數字化企業的關鍵

全球化為企業的快速成長提供了一個絕佳的新機遇。但機遇往往與挑戰并存：要在激烈的全球市場競爭中始終處于不敗之地，不僅需要確保產品生產的高質量，同時還需要實現生產高效性以及工廠的高可用性。與此同時，高靈活性、高產能與高效率也是判斷一家企業是否成功的重要因素。PROFINET，正是優化這些因素并引領成功的關鍵所在。

眾所周知，與傳統工廠相比，數字化工廠的數據傳輸量更大。而PROFINET可將傳輸能力從以往以KB/s為計算單位的傳輸提升到高達100MB/s，大幅提升了傳輸速度。

與此同時，PROFINET網絡更加靈活，支持多種拓撲結構，可以允許多種技術協議同時進行，還具有實時的無線通訊能力。這也就是說，借助一條統一的PROFINET電纜傳輸介質，既能完成所有的控制任務，還能實現數據跨越現場層、控制層和管理層的傳輸，將工廠各個部分聯系為統一整體，真正做到一網到底，管控一體化。

此外，PROFINET的抗電磁干擾能力也很突出。在工業生產中，PROFINET的抖動精度只有不到1us，令數據的傳輸更加穩定，且時鐘頻率極為精準，增強了生產確定性。

PROFINET自帶的診斷功能亦非常強大，可以幫助用戶快速找尋到設備故障點，最大限度減少停機時間。

事實上，PROFINET強大的自診斷功能得益于系統的開放性，而開放性使其當之無愧地成為了實現數字化工廠的關鍵。因為PROFINET兼容性好，幾乎可以做到即插即用，它不僅讓工廠設備互聯變得十分便利，還可以與外接設備相連、與因特網互通，工廠管理者、操作人員可以通過電腦IE瀏覽器，甚至手機、iPad等移動設備進行控制。網絡的開放性還帶來PROFINET優越于其他總線的強大的系統診斷能力，可以覆蓋每一個通道，這為工廠連續生產打下堅實基礎，而這些功能則將在未來的數字化企業建設中發揮更大的作用。

PROFINET，打造數字化工廠樣板

數字化工廠是采集工廠的現場數據與底層執行機構的信息為控制層所用，繼而為企業管理層提供決策參考。由此可見，數字化工廠重現了數據的價值，卻也對數據傳輸提出了新的要求。而西門子基于PROFINET打造的數字化工廠樣板，無疑為客戶提供了可以參考的范本。

先以西門子自身的成都數字化工廠為例。面向未來的西門子數字化工廠平臺是一個高度集成的自動化、信息化整體解決方案。平臺頂層是PLM與ERP信息化系統的貫通，提供主數據、工藝路線、設計數據、物料清單、生產訂單；第二和第三層實現MES系統和監控操作層DCS信息數據的串聯與交互，從而有效地實現從產品設計到生產的自動化和智能化；第四和第五層使用了TIA系統，將工廠自動化底層的控制層和現場層的各種控制單元和設備統一管理起來。從西門子數字化工廠平臺架構中可以看到，PROFINET是整個工廠傳輸大數據和高精度控制的基礎，極大提升了工業制造的智能化和高效化，同時也提升了生產的安全性。

除了西門子自身成都工廠的實踐以外，已經陸續有客戶嘗到了PROFINET的“甜頭”。軟控股份有限公司（以下簡稱軟控股份）就是其中之一。

軟控股份是一家全球領先的輪胎裝備制造商。自2014年開始意識到數字化制造的重要性。西門子作為軟控的戰略合作伙伴，提供最新電氣化、自動化及數字化產品以支持其數字化業務的改造。

軟控研究院院長張斌認為，軟控股份需要找到具有共同價值觀的戰略合作伙伴，西門子就是其中非常重要的一個。數字化工廠必須基于一體化的網絡，使工廠實現互聯互通，提供源源不斷的信息流。在這方面，西門子PROFINET是軟控選擇的最優解決方案。

張斌這樣描述基于PROFINET的未來工廠的場景：以PROFINET為樞紐，基于企業生產管理平臺的核心控制，數據的處理能力將得到盡情釋放，設備供應商完全可以對橡膠制造工廠進行遠程監控和預警；基于大數據，根據數據波動，設備具備自診斷功能，總是在將壞未壞之時發現問題，將其上報給服務方，工程技術人員可在遠程完成維修；設備在生產過程中，能夠進行生產的自糾正，通過自適應算法進行調整，提高生產的穩定性。

借助統一的PROFINET介質，不僅可以幫助客戶提高生產水平，而且可以完成企業的精益化管理。與此同時，軟控股份也在籌劃建設自己的數據中心。未來，通過PROFINET，企業的生產管理平臺將實現統一的電子數據管理和信息集成，并與PLM、MES、ERP等系統對接，實現全制造環節的互聯互通，在生產與企業管理層面全面實現數字化。

如今，PROFINET在全球安裝的節點設備已近1000萬。從2014年9月起，PROFINET被正式批準為中國國家推薦性技術標準，這對其未來在中國市場的推廣將起到極大的促進作用。王海濱表示：“PROFINET可以適用于過程自動化、工廠自動化以及運動控制，目前中國市場中，PI-China的會員已達140家，未來還有很大的成長空間，我們堅信，西門子打造的以PROFINET為基礎的數字化企業平臺將幫助更多的中國企業智慧連接工業4.0時代，實現數字化的夢想。”