PROFIBUS 和 PROFINET 有什么区别？
PROFIBUS和 PROFINET有什么区别，是工业自动化领域长期被反复讨论的问题。 两者同属 PI（PROFIBUS & PROFINET International）组织制定的 IEC 标准体系，在工程理念和配置方式上存在连续性，但在通信架构、物理层和系统能力方面，则体现出明显的代际差异。 PROFIBUS 和 PROFINET 并非竞争关系，而是在不同技术阶段形成的两套工业通信体系。
PROFINET 的技术定位
PROFINET（Process Field Net） 是 PI 组织在 21 世纪初推出的工业以太网通信标准，其设计背景直接源于工业自动化系统从传统现场总线向以太网架构演进的行业趋势，其核心特征是完全基于标准以太网物理层。
在标准体系上，PROFINET 建立在 IEEE 802.3 以太网之上，同时针对工业控制场景，在协议层定义了实时通信机制、设备模型、工程配置方式以及诊断和安全扩展规范。
这使其既能够继承以太网在带宽、拓扑和扩展性方面的优势，又能够满足工业控制对确定性和同步性的要求。
从技术路径上看，PROFINET 并不是对 PROFIBUS 的简单升级，而是 PI 在工业以太网时代给出的系统性解决方案。
在接口形式上，PROFINET 使用标准 RJ-45 以太网接口，并配合工业级以太网电缆。 常见 PROFINET 电缆采用绿色外护套，虽然在某些情况下可使用普通以太网线缆进行连接，但在工业环境中通常推荐使用专用 PROFINET 电缆，以获得更好的屏蔽性能和机械强度。
在典型应用中，PROFINET 的通信速率为 100 Mbit/s，单段铜缆长度为 100 米。 得益于高速通信能力和低于 1 毫秒的周期时间，PROFINET 能够支持高速 I/O 刷新和运动控制应用。
由于采用标准以太网技术，PROFINET 网络可直接使用普通以太网交换机进行扩展，从而实现线型、星型、树型及环型等多种拓扑结构，这一点在系统扩展和网络规划中具有明显优势。
PROFIBUS 的历史背景与技术体系
PROFIBUS 于 1989 年正式推出，并在 20 世纪 90 年代迅速成为全球范围内应用最广泛的现场总线标准之一，是一项成熟且被广泛验证的工业现场总线技术，其应用覆盖离散制造、过程控制以及混合自动化系统。
其核心目标是通过串行通信方式，将分散在现场的 I/O 信号集中到总线系统中，从而减少布线复杂度，提高系统可维护性。
在技术实现上，PROFIBUS 基于 RS-485 串行通信，网络中由主站（如 PLC、PAC、DCS）与从站设备组成，通信行为由主站统一调度。 常见设备包括驱动器、电机、远程 I/O、传感器、执行器及现场仪表等。
根据应用场景不同，PROFIBUS 分为两种主要形式：
- PROFIBUS DP：面向高速离散 I/O 和驱动控制
- PROFIBUS PA：基于 MBP（曼彻斯特总线供电）物理层，适用于本质安全要求的过程自动化环境
这种架构在设备规模和数据量相对有限的系统中，长期被验证具有较高的稳定性。PROFIBUS 电缆通常采用紫色外护套，具有较高辨识度。安装 PROFIBUS 网络时，通常将每个设备依次连接起来，这个过程称为菊花链连接，从而形成线型拓扑结构，便于设备串联。
此外还可以采用星型或树型拓扑结构进行更高级的配置，尽管这种结构不太常见。PROFIBUS 消息也可以无线传输，但这需要两端都使用同一制造商生产的专用无线电模块。
PROFIBUS 网络必须在物理末端启用终端电阻。 连接器背部的红色拨动开关用于控制终端电阻状态，仅网络最后一个设备需将其置于“开”位，其余设备必须关闭。 终端配置错误是 PROFIBUS 网络中较常见的故障原因之一。
在地址管理方面，PROFIBUS 网络中的每个设备必须分配一个唯一地址，范围为 1–127，因此单一网络最多支持 127 个节点。
地址既可以通过 STEP7 或 TIA Portal 软件配置，也可能需要通过设备本体上的拨码开关进行设置，具体取决于设备类型。
在通信性能上，PROFIBUS 的典型速率范围为 9.6 kbit/s 至 12 Mbit/s。 在较低速率下，电缆长度可达 1000 米；而在更高速率下，允许的电缆长度会相应缩短。
在设备标识方式上，PROFINET 与 PROFIBUS 采用了完全不同的机制。PROFIBUS 仅依赖设备地址进行识别，而 PROFINET 设备同时具备三类标识信息：
- MAC 地址（以太网设备固有）
- IP 地址（用于网络通信）
- 设备名称（Device Name）（PROFINET 特有）
在工程配置过程中，自动化工程师主要通过设备名称和 IP 地址来完成 PROFINET 网络的设备分配和识别，而 MAC 地址通常作为底层标识存在。
通信性能与系统规模差异
在通信能力方面，两者的技术边界较为清晰：
- PROFIBUS
- 最高速率：12 Mbit/s（常见为 1.5 Mbit/s）
- 最大报文长度：244 字节
- 地址空间：最多 126 个设备
- PROFINET
- 速率：100 Mbit/s、1 Gbit/s 及以上
- 最大循环数据报文：1440 字节
- 地址空间：理论上不受限制（受控制器资源约束）
由于 PROFINET 完全基于以太网，其通信能力会随商用以太网技术的发展而同步提升，这也是其被视为“面向未来”的重要原因之一。
从工程角度看，PROFIBUS 和 PROFINET 的差异并不仅体现在速度数值上，而是体现在系统能力边界上：
- PROFIBUS 更适合设备规模相对固定、通信结构清晰的现场总线系统
- PROFINET 则在高数据量、多节点、复杂拓扑以及系统集成方面具备更大的灵活性
正因如此，在现有工业现场中，两种协议仍然被大量并行使用。
数据交换机制：主从模式与提供者/消费者模型
在通信模型上，PROFIBUS 和 PROFINET 采用了不同的数据交换机制。
PROFIBUS 使用典型的主从通信模式，所有通信均由主站发起并调度，设备仅在被询问时响应。这种机制结构清晰，但在数据流向和带宽利用上较为固定。
PROFINET 采用提供者/消费者模型，控制器和 I/O 设备均可同时作为数据提供者和消费者，充分利用以太网的全双工特性。
控制器向设备提供输出数据，同时接收输入数据；设备同样具备双向角色，这一机制为高数据量和多方向通信提供了基础。
代理机制与系统集成能力
在多协议系统中，网络之间的互联是常见需求。 PROFIBUS 主要依赖网关实现不同网络之间的转换，而 PROFINET 在其规范中引入了代理（Proxy）机制，并以开放标准形式定义。
PROFINET 代理可支持 PROFIBUS DP、PROFIBUS PA、AS-i、IO-Link、CANopen、Modbus、HART、Foundation Fieldbus 等多种协议，使非以太网设备能够被集成到 PROFINET 系统中，并以统一方式进行工程配置和诊断。
行业应用与装机规模现状
从行业应用来看，两种技术均已形成成熟生态。 截至 2019 年，全球已安装 约 6000 万个 PROFIBUS 节点，以及 超过 3200 万个 PROFINET 节点。
PROFIBUS 装机量更高，主要源于其推出时间更早；而 PROFINET 在近年来保持持续增长，并在新建系统中占据主导位置。
从投资保护角度看，PI 标准体系确保了两者在工程工具、设备描述和系统集成方面的连续性，使既有系统能够逐步向以太网架构演进。
结语
PROFIBUS 和 PROFINET 分别代表了工业通信在不同发展阶段形成的技术体系。
前者奠定了现场总线时代的工程基础，后者则在以太网架构上扩展了工业通信的系统能力。
在当前工业自动化环境中，两者仍将在相当长时间内并行存在，并各自服务于不同规模、不同阶段的工业系统需求。
