西门子许斌 | 谈运动控制&PROFINE

12月17日，“2021年中国运动控制/直驱产业高峰论坛”在深圳隆重举行，五百多名业内人士汇聚一堂，共谋行业发展大计。在分论坛运动控制技术应用篇上，西门子（中国）有限公司数字化工厂集团-信息安全主管许斌以“运动控制&PROFINET”为主题发表演讲。

以下内容根据演讲整理：

各位好！我叫许斌，第一次代表西门子在会上作介绍。今天我们是运动控制的会，客观地讲，在运动控制圈，PROFINET好象是比较神秘的，大家都说用得挺多，但到底在哪呢？只能说以前的这些印象可能都是过去了，现在是另外一番景象，现在想利用这个时间来分享PROFINET的内容。

 大概来看一下，因为各家的总线技术各有各的优点，PROFINET在技术上有很多独到之处，可以看到它实际上作为一个重量级的以太网通信技术，在通信层面有独到的东西。PROFINET把通信分成三个通道，以通道的模式来适应各种各样不同的场景应用，包括标准通道、实时通道和IRT等时实时通道，这个是根据应用场景来定的，其中实时通道是针对工厂自动化的一些传统应用，IRT等时实时通道主要时针对运动控制应用。从整体来看，既兼顾到商业应用，也兼顾到高端的应用。

PROFINET也会采用最新的以太网技术，将来的发展方向就是PROFINET在融合TSN技术，走向更快的通信方式。可能各家的技术方案或者各家的理念会不一样，作为西门子来讲，我们专注于PROFINET与TSN技术的融合，将来PROFINET还会继续存在很长时间。

TSN本身不是单一一个通讯协议，它是当前以太网技术的一个增强，这是一个协议族，从定位来看，也很清楚，它是七层网络架构的第二层，我们今天所说的PROFINET更多是指它的应用层，在第二层会多一个通道，会通过TSN来做桥梁，使下面的通信速度、带宽会更宽，这是一个定位。条条大路通罗马，最终会怎么样还是由市场来决定。

 刚刚介绍了PROFINET将来坚持走和TSN结合的道路，往上怎么办呢？即往上到工厂级，再往上，到企业层，再往上到云端，针对这些场景，我们都是最终会归到OPC  UA。在这个方向上，我们未来的方向就是走OPC UA。

 由于今天的内容是和运动控制相关，我想后面的时间更多是把重点放在运动控制相关方面来。大家知道PROFINET可能和其他的通信方式不太一样，它是走一个基础技术和行规结合的路，我们常常说PROFINET本身是一个底层的通信技术，它是一个通道技术，相当于是修路，上面跑什么车，这是由行规来定的。针对运动控制，PROFINET定了相关行规，对于一个驱动器来讲，它的需求有很多，我们可以把它分成几种，当然最重要的是完成运动控制。除此之外，还有一些安全要求，还有能耗方面的要求，这些融合在一起，构成了一个驱动器的市场需求。

 PROFINET通过FROFIdrive可以适用于所有的运动控制行业涉及到的领域。，另外像PROFIsafe和安全能耗相关的行规，跟据具体的需求，都是可以和PROFIdrive一样在运动控制器里实现。下面更多介绍一下PROFIdrive的内容，各位都是本土企业，将来在开发基于PROFINET的伺服驱动器、变频器的时候，除了完成基本的通信通道外，最核心的就是要实现PROFIDrive行规。所以今天花一点时间，把这个地方和大家作一个汇报。

 在过去大家都知道，作为一个标准的驱动器，运动控制器对这个驱动器做配置，可以通过很多不同的参数通道，对这个驱动器做参数设定。现在通过PROFIdrive，可以通过唯一的参数通道，进行参数配置，完成所有的参数配置，这是它的一个技术特点。

还要再强调一下，作为运动控制，PROFIdrive是很重要的内容，作为一个行规来讲，PROFIdrive行规根据应用场景定义了六大类应用场景，或者叫应用类，从AC1到AC6，比如对标准变频器器，相对应的PROFIdrive类是AC1对于点对点的位置控制应用，对应的类是AC3。对于更高端更复杂的应用，像路径插补、多轴同步，专门有对应AC4、AC6。

过去在市场上，可能有一些客户对PROFINET在运动控制领域的应用是否适合，会有方方面面的疑问。我们现身说法一下，在伺服这个圈里，S120是标竿性的产品，在产品性能和功能方面都是一个代表，这个产品就用到PROFINET和PROFIDrive，所以我想从性能和效果上来讲，S120的在伺服高性能应用场景中的成功应用，有力地证明了PROFINET和PROFIDrive完全可以胜任各种运动控制领域的应用。。另外西门子一系列的伺服控制器，全部采用PROFINET和PROFIdrive结合的方式，这应该是一个比较有说服力的场景。

 从运动控制器的角度来说，西门子从小型控制器S7-200SMART，一直到今天最新款的1500，从低到高的搭配，都支持PROFINET和PROFIdrive只不过由于产品定位不一样，所实现的应用类不一样而已。

 目前，西门子提供了很多开发手段，包括主站和从站，我们都提供相关的开发方案。比如主站，西门子提供两种开发方案，一类是硬件开发方案，它是基于板卡或者是嵌入式芯片的开发方案，用来实现高性能的主站运动控制器；另一类是基于纯软件的主站开发，这两种都是目前主流的解决方案

西门子还提供PROFIdrive的免费参考代码，包括AC1、AC3、和AC4。拿到代码以后，用户需要做的就是，把它分解到PROFINET从站通信芯片（即ERTEC200P-2），，以及自己的MCU，即把这个参考代码分别配置到这两个不同的硬件芯片里即可。值得一提的是，现在国内通过PROFIdrive参考代码做出来的伺服驱动器和变频器已经很多了。

 我们在做伺服运动控制的时候性能很重要，它强调响应的实时性。现在PROFIdrive的基础上推出了DSC，动态伺服补偿技术，解决了伺服控制的高性能的应用需求。过去大家会有印象，带有总线通信的运动控制系统的性能好坏和总线循环周期非常相关的，循环速度越快，性能越好，这是最直观的认识。这有一定的道理，，因为大家可以看到总线循环有一个延时，不管是哪家总线系统，这是避免不了的，总会有延时，就是因为时间延时会影响伺服控制系统的动态响应，怎么办呢？有一个很巧妙的方法，DSC把整个位置闭环控制做到伺服控制器里面，它在伺服控制器里面实现了软的总线延时补偿，从这个补偿可以看到，这个补偿和实际的补偿正好抵消了，因此系统的动态响应是很快的，因为这个地方的时间延时被抵销了。因此伺服控制器不需要在很高的带宽，和通信速度的情况下，就可以实现很高的动态性能。

S120这个产品在动态补偿和高性能应用上用的就是DSC技术，我们现在国内也有厂家做了。和其他总线技术类似，PROFINET也有一个朋友圈叫PI(PROFIBUS & PROFINET International)，截止到2019年底它在全球有1700多家会员。从安装节点上来看，截止到去年底，PROFINET安装节点在全球超过3000万，今年预计能达到5000万。

作为PROFINET开发，少不了一致性测试这个环节。PI-China在北京设立了PI测试实验室，截止到今天，所有的本地的PROFINET产品，不管是IO还是伺服控制器，所有的测试都是在这里做，流程也很完善。另外，我们在成都有一个PROFINET的技术支持团队，可以帮助用户去做一些预测试，极大地帮助用户节省正式测试所需要的时间和费用，

 这是截止到今天，在国内开发PROFINET产品的国内厂商，包含了所有的，不光是伺服，还有I/O、交换机、编码器。前几年，我们给用户介绍PROFINET时，大家不知道该怎么做，这两年大家都认可了。我们自己分析大概是有两方面的因素：一个方面就是大家确实看到了由于国家经济发展，给所有人提供更多的机会；另一方面，还是要做利润率更高的产品，这是所有人的痛点，如果大家都把精力都放在打价格战上面，是不好的。相对来说有一点门槛的技术，虽然技术难度大一些，，但能给大家创造更多的利润空间，对市场未来市场健康发展也是有利的。