工业自动化与以太网
制造与自动化概论
PROFINET大学提供PROFINET相关课程。PROFINET是一种帮助制造商制造产品的通信技术。这些产品可以是汽车或手机等离散性产品,也可以是像汽油或安全饮用水等连续生产的产品,或批量生产的产品,如药片或薯片等。制造商采用自动化来确保产品的一致性和质量。
自动化控制器
在工业自动化领域,有三种类型的控制器:PLC、DCS和PAC。在PROFINET术语中,这三种类型都称为控制器,且任何一种类型皆可在PROFINET网络上使用。它们各有利弊。
人机界面简介
当工程师刚开始使用人机界面(HMI)和PROFINET时,经常会产生些困惑,因此在接下来的一系列课程中,我们将介绍如何在PROFINET系统中使用人机界面,并介绍可使用的人机界面和应用协议的类型。
PROFINET中的HMI
在PROFINET系统上使用人机界面时,可能会遇到许多问题,例如“在PROFINET系统上使用时,人机界面通常使用哪些协议?”,“如何在我的应用程序中使用人机界面”以及“如何更好地把人机界面整合进系统?”其实没必要对此担心。人机界面可在PROFINET系统上无缝工作,因为PROFINET是一个开放的网络,所以不论是PROFINET实时(RT)还是TCP / IP,皆可在人机界面上使用任何基于以太网的协议,但具体的协议类型要根据应用的需求选择。如今供应商提供的方案已很好的覆盖了所有的应用场景。
网络
在一个自动化系统中,PROFINET网络连接PROFINET控制器和设备。但在自动化中还存在其他网络, 这些网络与PROFINET构成竞争关系,而另一些则与之互补。PROFINET是一种工业以太网,其他工业以太网包括EtherNet/IP和Modbus TCP。PROFINET、EtherNet IP和Modbus TCP为三大工业以太网。虽然还存在其他以太网,但就应用或地理范围来说,他们往往规模较小。
为什么是以太网?
我们在讲自动化演变趋势中总线的演变时,讲到了控制连接从手动演变到气动,再到4-20mA、现场总线以及工业以太网的过程。每一步演变都提高了制造商安装、调试、操作和维护生产线的能力。现场总线的优点包括减少布线、提供额外信息和快速诊断。这也是从模拟世界向数字世界迈进的一个重点转变。作为全球最畅销的现场总线,PROFIBUS使用RS485标准来传输长达244字节的信息,速度高达12Mbit/sec。PROFIBUS对一个网段上可连接的设备数量(32)以及可连接的设备总数(128)有限制。PROFIBUS需要终端电阻以及RS485段之间的中继器。PROFIBUS在20世纪90年代得到普及,至今,网络上已安装有数千万个PROFIBUS节点。PROFIBUS网络极少出现问题。在所出现的问题中,10个中有9个是由于安装过程中电工的接线错误或RS485总线分段造成的。
工业以太网网络参考模型
网络通常由七层模型(即ISO/OSI参考模型)来表示。在以太网领域中,七层被压缩为四层。PROFINET使用四层模型,但并不是所有时候都使用四层模型。这个内容有点超前了,让我们从头开始讲:七层模型。这是一个七层模型,对每层进行了标注,并对其功能进行了界定。
PROFINET与OPC UA
PROFINET和OPC UA是两种常见的协议,在自动化和过程行业应用中有一些重叠。一个网络的特定部分使用哪种协议通常可能会令人非常困惑。新工厂是否应该使用PROFINET或OPC UA来实现本地控制回路?自动化单元的性能数据是怎样的? 哪种协议最适合将实时生产状态传输到公司办公室?要回答以上问题,您必须了解协议之间的一些低层次差异。PROFINET和OPC UA都交换相同类型的数据,但它们以两种截然不同的方式进行交换。PROFINET以严格控制的格式交换实时数据,旨在促进快速处理,最优化利用处理器,并允许控制环路以相对较短的循环时间(~1ms)在网络上运行。 但是,OPC UA几乎可以交换任何类型的信息。它是从顶部开始设计以实现灵活的通信,相对处理速度较慢,延迟较高,处理器运行损耗大。
自动化演变趋势
工业自动化与为其提供支持的网络不断演变。热点话题“工业4.0”和“工业物联网”的出现部分反应了最新趋势。这些概念或类似概念在不同的国家有不同的名称(如智能产业和“中国制造 2025”)。这里,我们简要回顾一下这些新概念的影响和关系引起的演变。
PROFINET of Things-数据访问
PROFINET是工业物联网(IIoT)的基础,是物联网(IIoT)和工业4.0的重叠部分。物联网与工业物联网之间存在差异。在接下来的三节课,我们会讲述PROFINET of Things。不是任何工业以太网都可以声称是IIoT的基础,以下将介绍PROFINET区别其他工业以太网的优势。
PROFINET of Things: 运行时间
正常运行时间对于充分实现工业网络所期望的关键任务和专业服务特性至关重要。诊断是一种快速恢复停机的方法。容错可通过各种途径消除停机时间。
PROFINET of Thins:开放性
工业物联网和工业4.0的主要驱动力来自对开放标准的依赖。PROFINET设备根据PROFINET规范(IEC 61158)制造。PROFINET就是以太网IEEE 802.3。许多其他来自IEC、IEEE、NAMUR和IETF的标准也发挥了作用。