PROFInet部件模型-现场总线及其应用技术

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：PROFInet支持通过分布式自动化和智能现场设备的成套装备和机器的模块化。由此创建的XML文件包含关于PROFInet部件的功能和对象方面的信息。DCOM不一定必须用于PROFInet设备之间的生产性运行。PROFInet的概念模型如图6-51所示。PROFInet使用此类部件模型。因此PROFInet对象是为自动化应用量身定做的COM对象。

PROFInet支持通过分布式自动化和智能现场设备的成套装备和机器的模块化。这种工艺模块化是分布式自动化系统的关键特点，它简化了成套装备和机器部件的重复使用和标准化。此外，由于模块可事先在相应的制造厂内进行广泛的测试，因此显著地减少了本地投运所需要的时间。

1.工艺模块

一个自动化成套装置或机器的功能是通过对机械、电子/电气和控制逻辑/软件规定的交互作用来体现的。根据这个基本原则，PROFInet定义了功能术语，如“机械”“电气/电子”和“控制逻辑/软件”，从而形成一种工艺模块，通过软件部件对这种工艺模块即PROFInet部件进行建模。

2.PROFInet部件

PROFInet部件代表系统范围工程设计中的一种工艺模块。它将其自动化功能封装在一个软件部件内，而且从工艺的角度看，它包含一个与其他部件交互作用所需要的变量。这些接口在PROFInet的连接编辑器中可以进行图形化互连。

3.使用XML的部件描述

PROFInet部件是用XML语言描述的。由此创建的XML文件包含关于PROFInet部件的功能和对象方面的信息。在PROFInet中XML部件文件包含下列数据：

1）作为一个库元素的部件描述：部件识别，部件名。

2）硬件描述：IP地址的保存，对诊断数据的存取，连接的下载。

3）软件功能描述：软件硬件分配，部件接口，变量的特性及它们的工艺名称、数据、类型和方向（输入或输出）。

4）部件项目的存储地点。

构成部件库是为了支持重复使用性。

在PROFInet中确定DCOM（分布式的COM）作为PROFInet设备之间的公共应用协议。DCOM是COM（部件对象模型）协议的扩展，用于网络中分布式对象和它们的互操作性。存取工程设计系统，例如连接的装载、诊断数据的读取、设备参数化和组态，以及连接的建立和部分用户数据的交换等，PROFInet都是通过DCOM完成的。

DCOM不一定必须用于PROFInet设备之间的生产性运行。用户数据是通过DCOM交换还是通过实时通道交换由用户在工程设计系统中的组态决定。当设备正在启动通信时，这些设备必须认可是否有必要使用一种有实时能力的协议，因为在这样的成套装置或机器模块之间的通信可能需要TCP/IP和UDP不能满足的实时条件。

TCP/IP和DCOM形成了公共的“语言”，这种语言是所有这些设备所使用的，并能在任何情况下用于启动设备之间的通信。优化的通信通道用于运行阶段各种参与设备之间的实时通信。

4.实时通信

对各种TCP/IP实现的分析已揭示使用标准通信栈来管理这些数据包需要相当可观的运行时间。可以优化这些运行时间，但所要求的TCP/IP栈不再是标准产品而是一种专用实现。使用UDP/IP时同样如此。(www.chuimin.cn)

在PROFInet中为实时应用创建了一种有效的解决方案，这种实时应用在生产自动化中是常见的，其刷新或响应时间最少在5～10ms。刷新时间可理解为以下过程所经历的时间：在一台设备应用中创建一个变量，然后通过通信系统将该变量发送给一个伙伴，其后可在该伙伴设备的应用中再次获得该变量。

为了能满足自动化中的实时要求，在PROFInet中规定了优化的实时通信通道———软件实时通道（SRT通道），它基于以太网的第2层。这种解决方案极大地减少了通信栈上占用的时间，从而提高了自动化数据的刷新率方面的性能。一方面，几个协议层的去除减少了报文长度；另一方面，在需要传输的数据准备就绪发送以及应用准备就绪处理之前，只需要较少的时间。同时，大大地减少了设备通信所需要的处理器功能。

PROFInet不仅最小化了可编程控制器中的通信栈，而且也对网络中数据的传输进行了优化。经测量表明，在一个网络负载很高的切换网络中，以太网上两个站之间的传输时间最多为20ms。当使用标准网络部件，例如同时从若干设备上装载数据期间，不可能排除相当大的网络负载，为了能在这些情况下达到一种最佳的结果，在PROFInet中按照IEEE 802.1q将这些信息包区分为优先级。设备之间的数据流由网络部件根据此优先级进行控制。优先级7（网络控制）用于实时数据的标准优先级，由此也保证了对其他应用的优先级处理。例如具有优先级5是互联网电话，以及具有优先级6是视频传输。

市场上销售的网络部件和控制器可用于实时通信。当通过DCOM正在洽谈最优化的通信通道时，切换器就能自动地得知这些设备的地址。由此创建了通过实时通道的后续数据交换的基础。

图6-51 PROFInet概念模型

PROFInet规范以开放性和一致性为主导，以微软OLE/COM/DCOM为技术核心，最大限度地实现开放性和可扩展性，并向下兼容传统工控系统，使分散的智能设备组成的自动化系统向着模块化的方向跨进了一大步。PROFInet的概念模型如图6-51所示。

5.部件对象模型（COM）

微软的COM是面向对象方面的进一步开发，它允许基于预制部件的应用的开发。PROFInet使用此类部件模型。因此PROFInet对象是为自动化应用量身定做的COM对象。

如自动化对象那样，COM对象基本上由以下部分组成：

1）接口：带有方法的完好定义的接口。

2）实现：定义的接口及其语义的实现。

在COM中，定义单个过程内，一台设备上的两个过程之间，以及不同设备上的两个过程之间的通信。

6.运行期和工程设计中的自动化对象

在PROFInet中使用自动化对象时，一个基本的区别是工程设计系统对象（ES-Object）和运行期系统对象（RT-Object）。ES-Object是RT-Object在工程设计系统中的代表。基本思想是：工程设计系统中的一个对象正好指定给运行期系统的一个RT-Object，即一一对应。这样两种对象模型也彼此协调。因此，在工程设计系统和运行期系统之间无须做什么耗费精力的实现和映像操作。

PROFInet部件模型-现场总线及其应用技术

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