抹掉FA 与PA 的界限

　　工厂自动化FA与过程自动化PA的距离有多远？如果有人说，一线相牵，两头笃定，从FA直接跨到PA，不需要更改过程自动化设备层的任何设备。这听起来是不是野心很大？在PROFIBUS国际组织（PI）主席Edgar Kuster先生看来，这个已经是水到渠成了。2004年11月，PI宣布，PROFINET除了在运动控制和工厂自动化之外，还要进军PA领域。现在，PROFINET来了。
　　挺进过程自动化
　　在完成了PROFINET在工厂自动化、通讯安全、驱动与运动控制中的产品化应用之后， PI如今正准备大规模推广PROFINET在过程自动化仪表总线领域的应用。
　　PROFINET无疑是工业以太网时代的宠儿，但是在以前，只有PROFIBUS DP可以升级替换为PROFINET，其余的如PROFIBUS PA、HART和FF总线网络仍然保持其原有的应用水平，无可替代。而在不久的将来，现有的过程仪器仪表装置也都将可以驶入PROFINET快车道。Kuster告诉记者，在2006年3月PI的一次顾问委员会会议上，PROFINET挺进过程自动化这一中心议题首次正式提出来。PI的目标是，在2006年年底之前完成PROFINET与现有的仪表总线PROFIBUS PA和HART总线设备转换协议的制定，在2007年重点解决FF协议设备转换到PROFINET的问题，而PROFINET系统真正面向过程自动化的全面的系统功能则有望在2008到2009年左右实现市场化。

　　应该看到，在工厂自动化中PROFINET已经获得了巨大的成功。而Kuster的目标很清楚，那就是将PROFIBUS定义下的所有功能特征和用户使用习惯原封不动地移植到PROFINET中。根据这一目标，移植工作正在PROFIdrive等一系列的应用中展开进行。
　　重要的是保护既有的投资
　　Edgar Kuster先生认为，“当我们建议流程工业用户在采用基于以太网的PROFINET技术的时候，首先需要考虑的就是如何保护用户现有的技术和设备的投资。当然，由于过程工业中所安装的技术设备都属于长期投资，因此不能每过几年就向用户提供一个不同的解决方案让他们更换设备。”正是为了让用户能够先知先觉，让PI的用户和成员企业更早地推广PROFINET在过程自动化中的应用，PI正在计划近期内提前发布PROFINET进入过程自动化领域的一系列活动。
　　通过全球PROFIBUS的应用推广过程可以看到，无论是工厂还是过程自动化，无论是总线安全、驱动控制还是针对应用的后续开发，在所有采用PROFIBUS的重要应用中，统一的集成通讯解决方案所取得的成效是非常显著的。而Kuster表示， PI在推行PROFINET的时候，将采用与PROFIBUS类似的推广策略。
　　向控制的两个方向延伸
　　对于中国现在的制造业信息热潮，Kuster表示这对于PROFINET也是一个很好的机会。现场中不同的数据结构的存在，导致了从企业顶层（IT管理层）到底层（现场设备层）不得不各自采用不同的通讯方案。从实际应用而言，当需要同时采用现场总线和工业以太网技术的时候，其最大的挑战在于二者之间的数据交换，因为这两种协议的数据结构是完全不同的。但PROFINET正在解决这个问题。“利用PROFINET IO，我们可以通过以太网对远程的现场级IO进行寻址，并且由于所有通讯都是基于TCP/IP标准协议，现场层与企业级IT层的数据交换将更为简单”，Kuster先生在谈到PROFINET技术的优点时说道。
　　从PROFIBUS到PROFINET的技术延续还可以带来其他的好处。例如在诊断和试运行过程中，PROFINET能够很好地实现从IT层到现场设备的透明传输。对一个典型的现场总线系统而言，PLC或者其他控制系统无疑是完成从现场层到IT层信息传输的关键，而PROFINET的用户则可以直接访问来自电机启动器的数据，在不远的将来甚至可以从任何一个工程系统访问现场的压力变送器和HART仪表。现在来看，PROFIBUS PA设备还要通过一个PA耦合器或者PROFIBUS DP中的一个PA连结器才能互相通讯，但不久以后它们就可以利用PROFINET的代理技术轻松实现互联。
　　PROFINET IO在应用于过程自动化的时候，其现有的核心功能保持不变，而且还能带来其他好处，这里一个重要的体现就是PROFINET IO将有利于DCS系统与企业级信息系统（MES）和资产管理系统的集成。PI的“DCS规范”的工作组目前已经开始讨论PA对DCS的适用性问题。包括PA在DCS中的系统配置和工程实施的问题，以及关于系统冗余、时间同步等一些系统的要求。在诸多问题中，让现有的PA设备协议以及其他PA应用协议适应于工业以太网

等则是首先待解决的问题。

　　安全至上
　　PROFIsafe和数据安全功能目前也在加以测试检验，以决定它们是否也可以无缝集成到过程自动化领域的PROFINET技术中。“为了让PROFIsafe同样适合PROFIBUS PA和PROFINET，我们必须明确在PROFIsafe协议方面还有哪些必须完成的工作。目前这些工作大部分都已完成，但我们还在进一步努力，希望确保没有遗漏任何技术细节”，Kuster先生解释道。在总线安全方面，PI也正在与NAMUR、ZVEI和GMA等组织紧密协作。今年将有适合PROFIsafe协议的PA产品面市。
　　当然PROFIsafe用于PA领域，理论上已经彻底解决，但许多方面也在实践之中，PI希望能在2008年以前能解决这个问题。目前PROFIsafe的10%左右应用在于PA领域，而且节点数正在迅速逐年扩大。Kuster认为特别值得另外一提的是，PROFINET技术中的PROFIsafe安全协议在汽车工业中已经进行了初步的应用。Audi、BMW、DaimlerChrysler和V W等四家最大的德国汽车制造商已经熟悉了PROFINET中的PROFIsafe的协议特点，并专门制定了一个雄心勃勃的时间计划表，准备在其汽车配件厂商伙伴中推广。在德国汽车制造商自动化改造计划（AIDA）的旗帜号召下，这四家著名的德国汽车制造商正在不断努力，希望明年能够在他们的新自动化系统中完全采用PROFIsafe技术，因为控制技术与安全协议的集成必将给他们带来高的预期回报。这样的集成可以大大降低系统设计、系统实施和系统操作的工作量，从而有利于汽车行业从容应对越来越高的成本压力。
　　实践中验证
　　事实上，PROFINET已经在一些过程自动化领域得到顺利的实施，其中主要是一些制造技术为主的混合型行业，如食品饮料行业、制药行业以及化妆品行业等这些所谓的混合式应用（如罐装、包装、运输与物流、能源管理）。这实际也反映出，无论是概念上还是实施过程中，生产自动化与过程自动化的界限正在变得越来越模糊。许多用户选择PROFINET的原因有三：一是有一个统一的通讯标准；二是PROFINET便于实现横向和纵向的数据流动并提供面向TCP/IP的开放性；三是PROFINET是一种以太网技术，可大大提高数据传输速率。PROFINET在混合式应用中实现无缝集成工作的作用已经很清楚了。
　　在一些的PA的实际应用中，PA设备要连接PROFINET还需要两种设备，即一个普通的PROFIBUS DP代理器和一个PA连接器/PA耦合器，这看起来有点麻烦，但的确很实用，而且不久我们还将推出一种更为便宜的PA代理器来代替目前上述两种设备的功能。从实际的安装应用来看，这种“双桥接”（从PA到DP再到PROFINET）的方法没有任何问题。

　　未来之展望
　　当PROFINET的所有功能都确定下来之后，其目标就是挺进过程自动化的所有分支领域。“我们认为PROFIBUS用户组织（PNO）应该是当前完成这个复杂任务的唯一的技术推动者，并希望PNO据此制定出清晰的目标和计划时间。“既然我们已经在工厂自动化领域成功实施了PROFINET，并且也满足了运动控制的高要求，我相信我们将毫不费力地将PROFINET带入过程自动化领域。当然，现在还有一些工作要做，但那只是需要进行细节处理的一些事情。” 目前PI的技术专家们目前正在一步一步地搜集并解决各种技术上的困扰。展望未来，Kuster很有信心，“到2008年年底，PROFINET基本将能够满足自动化领域的所有应用需求。” 

无线、工业以太网、现场总线，合而为一
　　工业通讯是否会沿着从现场总线到以太网，再到无线的道路演进呢？近几年，工业以太网已经成为关键业务应用的主流。它使得商用网络和工业网络可以互联，极大的减小了两种业务系统之间的隔阂。最近由Aberdeen Group和Control Engineering进行的一项调查结果，80%的受访者表示目前在他们公司/工厂对于关键业务的制造控制平台中采用工业以太网。与此同时，无线通讯异军突起，正在一步步渗透到工业通讯领域。针对工业以太网是否会取代现场总线，而工业无线通讯是否还会最终取代工业以太网的问题，西门子公司无线产品经理姜传辉先生与Control Engineering分享了他的看法。
　　“根据现场总线的可用带宽，最早的MODBUS是38.4K，DeviceNet和InterBus大约在数百K，MODBUS PLUS达到1兆，ControlNet是5兆，PROFIBUS 12兆，几乎所有现场总线的带宽都在10兆以下。而工业以太网的带宽能达到百兆甚至千兆，而且它

还具有开放性的优势，能兼容更多的产品和设备，因此现场总线正在向工业以太网的方向发展。无线也是类似，有数传电台方式，串行方式，还有红外方式等等，这些通讯方式带宽都很小。有线工业通讯技术追求更大的数据带宽来提高它的兼容性和通讯效果，同样无线技术作为有线的一个有力补充，更要与有线的方式有效地融合在一起。”姜传辉谈到，“什么样的技术能同现有的工业以太网很好地结合起来呢？WLAN用于工业现场中存在一些问题，所以西门子提出IWLAN（Industrial WLAN）工业无线以太网。关于带宽方面，IWLAN带宽IEEE 802.11b 11兆，IEEE 802.11a/g是54兆，IEEE 802.11a/g的增强模式带宽可达108兆，与有线标准快速以太网的通讯带宽相同，另外IEEE 802.11n带宽据预言能达到600兆，功能在不断更新，带宽对IWLAN来说不是问题，而是一个很大的优势。”
　　接着，他强调了西门子工业无线通讯技术的优势：“纵向来说，IWLAN与其它的无线技术相比，它的兼容性比较好，采用了标准的以太网协议，扩展性和传输效率很高，我们可以看到它是一个发展的技术，以前的IEEE 802.11a/b/g，现在的IEEE 802.11h，将来的IEEE 802.11n，技术的性能在不断的提高，IWLAN是一个协议系列。另外，设备的成本往往是和所使用的标准相应的，IWLAN还具有设备成本较低的优势。横向来说，IWLAN同有线方式比较，它有更大的灵活性，节约有线方式中附加设备的投资成本，无线的系统在设计好后可以稳定的一直使用下去。总之，是否采用无线和有线相结合的方式，还要根据用户的需求来选择最适合的技术。”
　　西门子认为无线、工业以太网，现场总线必将走向融合，西门子将致力于向客户提供全套解决方案。