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乙太网路在自动化产业中的应用(一)工业乙太网路解决方案的应用
 

【作者: ADI】2018年05月11日 星期五

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现今全球各地的制造工厂都在仰赖乙太网路解决方案来实现工业应用所需的即时性能和耐用性。相较於传统的现场汇流排,乙太网路在速度上更快,处理大量数据的能力也更隹,最终,还可通过卓越的能源效率和更高效的设备来节省更多的能源。它也可以作为单一的联网技术,将厂区中的自动化系统连接到在控制之下的企业IT,此举不仅可提高性能,同时还可简化整体的网路设计。


乙太网路为什麽在制造的应用中有如此出色的表现?而它又是如何实现这样的出色表现?其背後的原因有很多,但有几点值得注意:


? 为避免发生碰撞(collision)的情形,大多数的工业乙太网路现在都是以全双工的方式运作。尽管以半双工的方式运作可能会发生碰撞的情形,但在碰撞与讯框的比率超过某个临界值之前,它们可能还不算是问题。然而全双工则可以完全避免碰撞(叁考文献1)。


? 像设置工业乙太网路的其他常见环境一样,如风电场、石油和天然气精炼厂,工厂也经常受到恶劣环境和操作条件的影响。操作人员必须考虑到振动,微粒物质和极端温度,但他们可以考虑在自动化和控制系统中使用工业乙太网路的电缆和连接器,以克服这些情况所带来的挑战。


? 工业乙太网路可为拓??和协定提供多种选择。例如,虽然星形拓??是商业乙太网路主要使用的拓??,但工厂可以不必采用它,而使用环形拓??来实现冗馀和快速恢复。此外,诸如EtherNet / IP和EtherCAT等协定涵盖了广泛的使用案例和系统设计。


? 在这一系列探讨工业乙太网路为制造业所带来的效益的文章中,将先说明为什麽乙太网路已成为厂内自动化的一种可实行选择。在这样的基础上,我们将进一步探讨乙太网路和Wi-Fi的未来进展将如何协助工厂朝向物联网发展,之後还将讨论如何在整个工厂实施围绕着EtherNet / IP所建构的网路。


乙太网路在自动化领域发展的过去和未来

标准化和性能造就所有的差异

乙太网路的发展在数十年前就开始了,已培养出了阵容坚强的制造群,以推动产品生态系统的快速发展。随着乙太网路性能的提高,速度和成熟度的结合使乙太网路成为一种可行的方案,可用来替代为基於串行介面所打造的协定。


例如,考虑开发控制器和交换器以支援基於乙太网路的自动化系统。当今的晶片可以透过即时作业系统进行修改,以支援确定性处理,而其I / O控制器则可与从EtherNet / IP到Modbus / TCP的任何工业自动化协定搭配使用(叁考文献2)。


这些产品象徵着工业乙太网路在现代化制造工厂中所能执行的工作。周期响应时间可以优化,同时防止不必要的断开。另一项效益是,乙太网路社群的供应商和标准组织则是藉由自动化解决方案,提供持续性的支援,以克服许多的挑战。


ARC谘询集团??总裁Chantal Polsonetti在2013年“自动化世界”(Automation World)的一篇文章中解释指出:“乙太网路和无线网路两者的频宽都比大多数专用自动化网路的频宽来得大,而且在很大程度上是依靠已建立的标准化组织和广大的供应商基础来实现持续性的发展(叁考文献3)。特别的是,乙太网路已经展示出它能够在正确的时间将正确的数据可靠地送到正确的位置,而制造商则同时在广泛地应用无缆线的无线仪器来应对业务上所面临到的各种挑战,从改进的流程性能、可靠性和效率到符合政府的命令要求等。”


对於要整合到物联网中的自动化系统而言,乙太网路独特的性能特性也很有用,它可作为这些系统的基础。物联网所承诺的大部份概念是使用即时的数据和活动而不是历史资讯来支援决策的制订。Polsonetti在她的文章中指出,系统级别可以改进,从而克服机器和设备级别的限制。


在本系列的下一篇文章中,我们将回到我们已经介绍过的几项主题,即EtherNet / IP和PROFINET等工业乙太网路协定。然而,我们不再探讨它们的基本特徵,而是研究如何在工厂中实施它们,尤其是在整个工厂的自动化和建立汇聚式网路的服务,而这是工程师和IT的关键利益所在。


叁考文献


“How to Avoid Collision in Ethernet Port.” Cisco Support Community, July, 2008.


2 Industrial Networking ICs. Innovasic.


3 Chantal Polsonetti. “Ethernet and Wireless Enable Manufacturing Internet of Things.” Automation World, July, 2013.


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