1  引言

    PROFINET最早由西门子公司于2001年提出，涵盖了包括实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，PROFINET可以完全兼容标准以太网TCP/IP协议，透明地集成各种现场总线（例如PROFIBUS）技术，有效的保护用户投资。作为新一代开放的工业以太网标准，PROFINET为建立离散控制、分布式智能控制、运动控制、过程控制、安全系统、MES的统一平台提供了可能，并将最终改变工业自动化的面貌。

2   PROFINET CBA

    工业自动化的最终目的永远是提高生产力，降低成本。随着计算机技术的发展成熟，设备的智能化程度越来越高，这导致两个突出的现象：

    (1)  工业自动化系统的规模越来越大。随着工业设备智能化程度的不断提高，越来越多的子系统和现场设备被纳入到整个控制系统中，自动化系统的规模从生产线级、车间级直到工厂级，在某些行业当中，集团级的自动化也开始成为现实。

   (2)  工业自动化系统的分散程度也随之提高。随着芯片技术的发展，越来越多的智能集中于一块小小的芯片上，导致控制系统的分散程度愈来愈高，因此，各分散系统之间的整合在自动化系统中扮演的角色变得越来越重要。

    由此可见，随着自动化技术的不断发展，工业控制系统在完成了集中式自动化到分散式自动化的演变后，正在大踏步的迈向下一个阶梯―分布式自动化。
 
    PROFINET CBA（Component Based Automation，基于组件的自动化）技术正是在这样一个背景下诞生的新技术。在基于PROFINET通讯技术构建的CBA架构中，工厂中的相关的机械部件、电气/电子部件和应用软件等具有独立工作能力的工艺模块抽象成为一个封装好的组件，各组件间使用PROFINET连接。通过SIMATIC iMap软件，即可用图形化组态的方式实现各组件间的通讯配置，不需要另外编程，大大简化了系统的配置及调试过程。

    通过模块化这一成功理念，可以显著降低机器和工厂建设中的组态与上线调试时间。在使用分布式智能系统或可编程现场设备、驱动系统和I/O时，还可以扩展使用模块化理念，从机械应用扩展到自动化解决方案。另外，也可以将一条生产线的单个机器作为生产线或过程中的一个“标准模块”进行定义。作为设备与工厂设计者，工艺模块化能够更容易、更好地对用户的设备与系统进行标准化和再利用。使用户能够对不同的客户要求更快、更具灵活性地作出反应，并可以对各台设备和厂区提前进行预先测试―极大地缩短系统上线调试阶段。作为系统操作者，从现场设备到管理层，用户都可以从IT标准的通用通讯中获得好处。对现有系统进行扩展也很容易。

    在现有的自动化系统中，生产线的子系统可分别由不同的供应商实现，但为了实现整个系统的调试，只能在所有机械部件，包括控制系统运送到工厂后才能进行在线调试。如果各系统模块不能提前就位，整个生产线或设备的运转就要相应推迟。模块不能同时调试，因为不同的调试工程师不能在中央控制系统上并行工作。

   为了解决这个问题，西门子公司提出了基于组件的自动化(CBA)的概念。将确定的功能模块打包成为标准的组件，并为组件定义标准的接口，以实现组件间的标准通讯。例如，在图1所示的系统中，将机械设备、电气/电子器件和用户程序（软件）打包为一个独立的技术功能模块，即一个独立的组件。

图1  自动化系统中的CBA组件

    在CBA的组态工具iMap中，组件即显示为图1右侧所示的软件模块。完成打包之后，该打包好的模块就可以按照搭积木原理轻松组合和再利用。对于自动化中的应用，采用Microsoft部件模型COM/DCOM，因为这是在PC领域中最广泛使用的数据与通讯模型。它确定了不同设备软件部件间数据交换的协议。

    同时，由于模块使用了标准的接口，这使得各个模块之间的连接变得极为简单。在部件技术中，一个技术功能模块的整个功能模块是由机械和电气单元及控制程序组成的单元，以软件部件的形式来表现。对部件接口的访问是标准化的或统一定义的。只有那些需要与其它部件相互作用或用于诊断、显示、连接到制造执行系统的变量在接口处可得。这样不同的部件可象模块一样组合，完全独立于其内部程序。

3  使用PROFINET CBA技术的优点

    (1)  组件技术

    基于组件的自动化是全集成自动化的新概念，进行通讯更加容易。基于组件的自动化利用已在IT界确立的软件部件技术优势将基本原理传递给自动化应用。用户软件可以这样利用搭积木原理进行结合并更好地再利用。

    (2) 系统范围内的工程与组态

    从更高的、技术的观点来看，设备和子系统更好地结合了。这样可以在多台设备间进行一条生产线或整个工厂的横向集成。

图2  跨供应商的PROFINET CBA系统

    (3)  通讯组态代替编程

    用户不需要再烦琐地对智能设备间的通讯关系进行编程，而只需简单适用图形化的组态界面就可以实现整个系统的通讯。

    (4)  从公司管理层直到过程层的直接数据访问

    IT通讯标准在自动化中的应用使公司所有层级都可以直接访问过程数据。简化了自动化级到MES（制造执行系统）级的连接。

    (5)  基于标准

    基于部件的自动化采用PROFINET标准，是运用基于组件的自动化，用户甚至可以使用其它设备的组件而无需附加成本。

CBA技术基于新的PROFINET标准，大大简化了模块化的设备与工厂建设。这一新概念用整个系统的技术观点提供了跨供应商的工程方法。因为组件和通讯接口都是标准的，因此，使用CBA技术可以真正实现跨供应商的完整系统。如图2所示。

    因此，使用PROFINET CBA技术的用户在构建自己的自动化系统时，可以获得极大的方便，不同类型的用户都能够受益。

    对系统集成商或OEM设备提供商：

    ?  将全部功能划分为可管理的小应用；
    ?  由于各设备单元或模块可以提前预测试和调试，加快了系统上线调试；
    ?  用户软件容易再利用；
    ?  由于客户指定的设备/工厂可以从各种标准库模块快速组态，设备/工厂标准化了；
    ?  可以彻底缩短项目完成时间。而且各设备单元/模块可以由不同的厂商预制并运送到工厂。

    对作为终端用户的工厂运营者：

    ?  通过从现场级到管理层的直接数据访问使过程优化；
    ?  采用IT标准更容易将自动化数据集成到全公司IT环境中去；
    ?  用部件技术更容易扩展现有工厂；
    ?  工厂扩展更易于集成到现有IT环境中去；
    ?  由于模块自治运行，提高了可用性；
    ?  全生产线来自不同厂商的设备更容易集成。

    PROFINET CBA技术的出现，将影响未来工厂自动化系统的架构设计和实施方式，最终实现帮助用户提高生产力、降低成本的目标。