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万众瞩目的工业4.0颁奖晚会正在如火如荼地举行，现在有请颁奖嘉宾——当红影星胡歌上台来一起颁奖。
主持人：胡歌，你好！
胡歌：主持人，你好！大家好！
主持人：胡歌最近混得不错啊，那是相当露脸啊，现在不是有个说法吗，明明能靠脸吃饭，却偏偏要靠才华，这说的就是你吧。
胡歌：主持人谬赞了，我呢，最多也就在国内娱乐圈略有薄名，拿到世界舞台上晒晒的话，就显得不起眼了，怎么比得上今天这位呢。你听过IEC61158标准系列吧？
主持人：听过啊，IEC61158标准系列算是现场总线的“琅琊榜”，搞工业自动化的，谁人不知，谁人不晓。怎么了？
胡歌：今天咱们介绍的这位制造业的明星，那可是登上了这个“琅琊榜”的，怎么样，够炫够酷吧？
主持人：哦，是吗？那可得让大家好好见识见识。
和声：现在有请PROFINET闪亮登场，鲜花、掌声、Music走起……
背景音乐响起，同时响起浑厚的颁奖词朗读声：他，系出名门，遍布过程控制的各个领域；他，延展了以太网的边界，让人与现场设备的连接无障碍；在高科技领域，他发现了一片崭新的蓝海，实时传递着现场的声音，他就是——PROFINET。
PROFINET是基于工业以太网技术的新一代自动化总线标准，和PROFIBUS、INTERBUS、CIP、P-NET、FF等一样入选了IEC61158标准系列。拿上面胡歌的例子来对比一下，来更好地认识PROFINET，见表2-1。
表2-1 PROFINET与胡歌的对比
熟悉金庸小说的人都知道，金庸先生笔下真正的武林高手，那可都是武功奇高，惊世骇俗的，出场时都会带有强大的气场。那么在上一节中PROFINET登台的气场也不小，那是因为其的确有两把刷子。
以太网指的是当今现有局域网采用的最通用的标准，工业以太网源于以太网而高于以太网，既然PROFINET基于工业以太网技术，那么其基本作用可以抽象为——“连接”。
参观过2015年11月份在上海举行的工业博览会的朋友一定知道，工业机器人是当前非常能吸引人眼球的技术之一，俗话说“外行看热闹，内行看门道”，作为工业机器人实现技术之一的控制系统，越来越多地开始使用工业以太网作为其通信总线。从相互关系上看，如果说控制器是人的大脑的话，那么工业以太网就是神经系统，用于传输各种感知信号和动作指示。PROFINET使通信网络更能满足运动控制苛刻的要求，能让机器人做到歌中唱的那样“看见蟑螂我不怕不怕啦，我神经比较大，不怕不怕不怕啦”（见图2-1）。所以说PROFINET的作用可以说成是——强大的连接。
图2-1 机器人控制系统使用PROFINET
工业4.0是当前制造业最热门的话题，所以不谈这个话题都不好意思跟同行们打招呼。工业4.0里面的一个重要内容是智慧工厂（见图2-2）。工厂流水线设备之间通信，无论是传统的有线连接还是先进的无线连接与分布式控制，都可以通过PROFINET实现，从某个角度可以说PROFINET的作用就是这些系统与模块之间的“连接线”。不要小看这些线，这是在“连接智能世界”，那么PROFINET的作用可以再次升华成——智能的连接。
图2-2 智能生产线
现在我们经常听到的一个词儿是“差异化”，指企业在顾客广泛重视的某些方面，力求在本产业中独树一帜，要有不一样的地方。PROFINET与周围这些朋友有什么不一样呢？先将PROFINET与其他工业以太网比比，大家来找茬。
PROFIBUS和PROFINET都是PI国际组织推出的两种现场总线，两者的确很像（见表2-2），很有一种“本是同根生”的感觉，比方说：
① PROFINET IO沿用了熟悉的PROFIBUS DP；
② 从西门子PLC编程软件的组态方式来看，两者的组态方法也十分相像；
③ 两者变量访问方式很相似，唯一的区别是PROFIBUS没有子槽；
④ 现有的PROFIBUS模块通常可以快速集成在PROFINET中。
表2-2 PROFINET与PROFIBUS的相似点
正因为两者有诸多相似点，考虑到PROFIBUS是基于RS485，而PROFINET是基于工业以太网，于是乎有不少工程师认为PROFINET就是运行在工业以太网上的PROFIBUS，用数学公式表示为：
PROFINET=PROBUS+ETHERNET
这种说法有失偏颇，比如说PROFINET在解决以太网CSMA/CD机制的弊端时，所采用的循环通信机制，以及所包含的通信协议的内容，既不属于以太网技术，又不属于PROFIBUS的内容，而是专属于PROFINET的重要内容，也是其区别于其他一些工业以太网协议的技术特点之一。
喜欢篮球的铁杆球迷们一定会听说过两支非常伟大的球队——20世纪80年代的湖人队和20世纪90年代的公牛队，而且不少人还总想比较两支球队到底谁更强。其实两支球队分别属于不同的年代，直接比较确实没有可比性。所以说从狭义上讲，PROFIBUS和PROFINET没有可比性。
不过在现实生活中，人们普遍地潜藏着一种“互相比较”的心理，对同类的人和事物进行一番比较，甚至对不同历史阶段，不同文化背景的人和事物也进行比较，并试图找出某种合理的“换算方法”。所以这里就只能在广义上比较两者在应用上的区别（见表2-3）。
表2-3 PROFINET与PROFIBUS的不同之处
可以看出，PROFINET最突出的特点是全面性，可以满足各种各样的应用。PROFINET另外一个突出的特点是通过以太网可以同时传输多种数据，这是PROFIBUS所无法比拟的。PROFINET可以从网络的任何一点，或者通过WLAN，随时随地访问所需要连接的设备。PROFINET使用以太网的连接方式，加入交换机，插入网线连接即可扩容，这与办公室局域网相似，需要增加设备的时候，只需要将设备连接到交换机的端口即可。
事实证明现代自动控制的发展是与现代通信技术的发展紧密相关的，以太网应用到工业控制场合后，经过改进成为工业以太网，无论是现场总线还是工业以太网都对工业控制系统的分散化、数字化、智能化和一体化起了决定性的作用。要想全面认识工业以太网技术，就需要对不同的工业以太网的技术有所了解并进行相应的比较。ROFINET是工业以太网上实现的一种规范，相近功能的协议规范还有EtherCAT、Ethernet/IP和Ethernet Powerlink等。表2-4对这些工业以太网进行了比较。
表2-4 几种工业以太网的比较
前几年去过上海工业博览会西门子展台的诸位工程师，应该会对一张图有印象，那就是工厂自动化通信网络的“三角形”分层架构（见图2-3），即由下至上是现场层、控制层、管理层。PROFINET最突出的优点是能通过一种网线，可以传输过程数据、IT、语音、图像等数据，连接不同的网络，真正实现“一网到底”，这是传统现场总线所无法实现的。
图2-3 工业自动化网络分层架构
一般人也许对“一网到底”没有什么感觉，因为现在的工厂网络运行得挺好，没法直观地体会到这种技术特点有什么好处，其实这里咱们先聊点别的话题，一会再回到工业网络上来，或许那时你就有些感觉了。
大家或多或少会关心一下装修，一般水电改造是装修的第一个环节，也是许多装修公司在装修工程中最挣钱的部分。如图2-4所示，水电改造中需要考虑强电（220V）、弱电（电视TV、电话TP、网络TX）分离，强电部分需要选择不同粗细的电线，比如空调的电源线要粗，而照明的电源线可以细一些。由于电源线粗细不同，而且电话线、电视和网络信号线也不同，那么就得买不同种类的线缆，如何选择各种线缆其实是大家不太了解的地方，也是装修公司最挣钱的地方。
假如有一天出现这样一种技术，甭管强电弱电还是电流大小，可以统统使用一种标准的、可靠的、价格透明的线缆，最好还能供水（开玩笑了），那么广大消费者的装修成本可就大大下降了！
图2-4 装修水电图
聊完了装修，咱们再回到工业自动化的话题，看看一个工厂控制系统网络的组成（见图2-5），图中的图标的含义是：
① 生产线系统负责协调和控制的生产和记录操作数据；
② 配置工具负责远程执行组态、诊断、维护；
③ 控制器系统负责控制器协调和控制各个生产单元；
④ 安全系统保护网络中人员、设备、资源；
⑤ 实时系统完成相应时间有要求的任务；
⑥ 现场总线系统指运用总线连接的控制器、传感器和执行器。
要实现图2-5中的各种系统的通信，不仅要使用不同种类的网络，而且不同网络之间还要使用众多网关，可以想象出不同的线路遍布厂房的景象。如果能将图2-5的连接方式转变为图2-6的连接方式，那么布线与调试应该能达到这样一种境界——“整个世界都清净了”。所以说PROFINET针对工厂控制系统通信网络就属于这样一种“一招鲜，尝遍天”的连接技术！而且PROFINET系统可以集成包括PROFIBUS和Interbus等其他总线系统，能够对现有系统投资的保护。不仅如此，还能让工厂自动化通信网络连入高层级的应用于服务，比如说ERP系统与MES系统，乃至互联网。
图2-5 传统的工厂自动化控制系统通信网络
图2-6 基于PROFINET的工厂自动化控制系统通信网络
为什么PROFINET能有这样的本事呢？因为PROFINET很灵活，能够满足工厂自动化的不同层次的需求，它集成了许多功能来满足工程自动化的不同需求，能满足各种工业控制场合对响应时间有不同标准的要求。
过程控制领域近几年有一个发展趋势，那就是随着微处理器与PC的成本变得越来越低，过程控制方式从以前的集中控制变成分布式控制，以现场设备（IO）、传感器和执行器（阀、驱动器）所组成的控制系统也越来越多地使用工业以太网进行连接和通信。
PROFINET具有多制造商产品之间的通信能力，并针对分布式智能自动化系统进行了优化，而且能将不同层次的诸如生产管理、控制器、现场总线系统整合到一个统一的网络中，从而大大节省了连接和调试的费用。
从软硬结合的角度去理解，PROFINET内容应该分为工业以太网（硬件）和通信协议（软件），其中工业以太网分为快速以太网技术、网络安装、IT安全、集成现场总线；而通信协议包括PROFINET IO、PROFINET CBA、PROFINET IRT（见图2-7）。既然PROFINET是一种自动化总线标准，那么其主要任务就是组建控制器与现场设备之间的通信网络，因此描述“分布式外设”的PROFINET IO是PROFINET的主要内容。
图2-7 PROFINET的主要内容
古人说得好：“工欲善其事，必先利其器”。如果能发现一些好的方法，一定会使得学习PROFINET能有事半功倍的效果。
国外PROFINET教程在内容编排上会先从以太网基础知识开始介绍，其套路讲究的是“万丈高楼平地起，打好基础很重要”。不过笔者觉得可以换一个思路，从需要实现一个什么东西讲起，再讲如何实现，接着讲为什么这样实现，通过这种“结果导向”的方式更容易调动积极性。这让笔者想到大学时学习C语言编程，如果当时老师拿出一个小游戏程序，告诉大家这是用C语言写的，然后开始一边玩游戏一边改程序，于是大家发现改动会使游戏运行效果不一样，那么同学们这门课的成绩会很好。原因很简单呀——兴趣是最好的老师嘛。
所以，笔者考虑使用PROFINET技术模拟搭建一个满足工业3.0特点的工厂控制自动化通信网络，并逐步解释其中所包含的PROFINET技术。为了满足大家的好奇心，咱们先睹为快。接下来，笔者就像史蒂夫·乔布斯在很多次苹果新品发布会所做的那样，先用极为煽动性的言语吊起大众的胃口，伴随着激昂的背景音乐，一把揭去罩在产品上面的盖布，于是呈现出满足工业3.0特点的工厂自动化控制系统通信网络，如图2-8所示。
图2-8 工厂自动化控制系统通信网络
通过定义，咱们可以为PROFINET总结出一句口号：以工业以太网为基础，以现场总线为本质，以IEC（国际电工委员会）、欧洲、国家标准为表现形式。