与工厂自动化相比，过程控制对通信技术提出了更高的要求。流程工厂的使用寿命长达20年以上。它们无一例外地运行着连续的生产过程，在这些过程中，计划外的故障或干扰将对人和环境造成严重的危害，此外还会造成巨大的经济损失。因此，运营商希望持续访问水平和垂直的数据和信息流，同时使设备维护更容易。
为Profibus & Profinet国际公司(PI)，从基于现场总线的通信(Profibus)到基于以太网的通信(Profinet)的迁移正在如火如荼地进行。这在工厂自动化领域尤其如此，它已证明对终端用户有好处。类似的趋势在过程控制中也变得明显，因为满足过程控制行业需求的Profinet特性现在有了一个物理层(Ethernet-APL)，使它们在现场级别可用。
让我们更仔细地看看这些特征及其重要性:
动态重新配置
无论它们是发生在工厂自动化还是过程控制中，有时需要改变控制器和设备之间的通信。例子包括对设备配置或参数化的更改。由于工艺装置通常是连续运行的，所以这些更改必须在持续运行的过程中发生。动态重配置特性允许Profinet设备与控制器建立多个通信关系。除了现有的关系之外，还建立了具有新的配置/参数化的新关系，然后无缝地进行交换。这个过程不会中断设备、控制器程序或网络。
维护和诊断
面向状态的维护对所有工厂的运行都很重要。它基于设备和组件的能力来确定它们的状态并使用标准化机制进行通信。为此，Profinet提供了一个从设备到控制器的可靠的告警和状态消息信令系统。该诊断模型包括系统定义的事件，如I/O模块的删除或插入，以及由控制机制检测到的故障信号，如断线。除了“良好”和“错误”状态消息之外，底层状态模型还知道“需要维护”(例如，当媒体冗余丢失时)和“需要维护”的可选级别。I/O模块还可以区分诊断告警(设备或组件中的错误)和处理告警(进程的问题，如超过温度限制)。为了保证不同诊断信息的统一显示，Profinet诊断模型被指定为匹配NAMUR NE 107。
设备更换和PA配置文件
Profinet现场设备的更换只需很少的人工干预，因为网络上的设备之间经常交换信息。如果一个设备出现故障，可以简单地安装一个备用设备。控制器通过网络邻域信息识别更换设备，重新分配与故障设备相同的名称、地址和参数集。因此，无需工程工具即可快速更换设备。应用程序概要文件还可以实现跨供应商的互换性。
应用程序概要文件本质上是一系列设备之间关于如何构造Profinet数据的协议。例子包括用于驱动器和电机的ProfiDrive，或用于功能安全组件的ProfiSafe。过程控制仪器的PA(过程自动化)配置文件确保了不同类型、版本甚至供应商的PA设备的统一行为。例如，供应商在过程控制工厂的生命周期内没有对其设备进行改进的可能性很小。在更换设备的情况下，较新的设备可能在此期间获得了新的标识号。根据PA配置文件，当它被替换为故障设备时，它可以采用旧设备的标识，并避免任何手动设置。这种能力也可以跨供应商实现，一个设备族中的所有设备(例如，流量计)都能够从控制器的角度使用通用标识。
可用性和冗余
Profinet介质、控制器和设备的冗余解决方案确保了系统的高可用性。媒体冗余为Profinet设备创建多条物理通信路径。在通信路径失效的情况下(例如，断线)，第二个通信路径被自动使用。设备和控制器冗余也可以在故障发生时最大化正常运行时间。
时间戳和事件序列
在大型工厂中，经常需要将动作、警报和状态消息记录到一系列事件的能力，因为警报经常以波的形式到达，次要和第三级警报紧随主要警报之后。快速找到首先创建级联的警报是至关重要的。通过毫秒级的时间戳，Profinet提供了一个标准化的(IEEE 1588)解决方案，包括存档和控制。
迁移和前景
通过代理技术，现有的工厂可以集成到更广泛的Profinet基础设施中。对于过程控制，它集成了现有的现场总线系统，如Profibus PA、基金会现场总线、HART和其他。代理最好被认为是网关，因为它们将数据从一种协议转换到另一种协议。代理更进一步，在Profinet端以标准化的方式表示设备数据。控制系统使用它们周期性和非周期性地访问下级现场设备。遗留系统的属性，如诊断和配置，可以在Profinet端作为本机属性使用。
随着Ethernet- apl的发布，一个健壮的双线供电以太网物理层现已可用，其中包括在危险区域操作的本质安全。它实现了现场设备与以太网的直接连接，因此过程控制行业可以从其OT(操作技术)和It(信息技术)系统的融合中受益。它基于经过验证的主干和支线拓扑结构。中继为长达1000米的长电缆运行提供高功率和高信号水平。在200米的长度内，马刺具有较低的动力和可选的内在安全性。本质安全连接的验证像FISCO(现场总线本质安全概念)一样完成，因此对于每个连接都可以进行简单的验证，不需要额外的计算。由于Profinet是一个基于以太网的协议，所以它可以开箱即用地在以太网- APL上运行。
总结
以太网- apl是过程控制行业数字化的推动者，但它不是一个完整的解决方案。它只是一个物理层。仍然需要协议来格式化和通信数据和信息。要满足工艺装置的严格要求，单纯的数据传输是不够的。现代工厂可以通过安装Profinet网络获得持续的优势，该网络通过健壮的诊断和时间标记简化维护任务，允许灵活的拓扑，通过高可用性确保最大的正常运行时间，与其他基于以太网的协议共存，并在必要时集成遗留系统。
