技術(shù)和工業(yè)步伐一致嗎？ - 在使用以太網(wǎng)之前評測工廠基層網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍

　　技術(shù)，工業(yè)步伐一致嗎？

　　以前單獨(dú)考慮的工廠基層功能、設(shè)備性能和生產(chǎn)指標(biāo)，現(xiàn)在已獲廣泛認(rèn)可為重要的策略業(yè)務(wù)工具，能夠幫助減少支出并優(yōu)化正常運(yùn)行時間。技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)起到領(lǐng)頭作用，其提供了網(wǎng)絡(luò)工具，以期高效鏈接機(jī)器工藝、控制系統(tǒng)和工廠范圍信息至企業(yè)，具有無與倫比的可擴(kuò)展性、功能性和選項。

　　然而，技術(shù)和工業(yè)很少同步發(fā)展。盡管分析人士社群經(jīng)常有看好的預(yù)測，認(rèn)為整個行業(yè)會轉(zhuǎn)向商業(yè)——工業(yè)網(wǎng)絡(luò)融合，但現(xiàn)實情況是這些應(yīng)用一直以較緩慢、較慎重的步伐進(jìn)行——這也是明智的。在發(fā)展減速的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，發(fā)展趨勢既不迅速也不明顯。

　　不過，事實上，工廠環(huán)境正在逐步從專有協(xié)議轉(zhuǎn)向最普遍的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)：使用傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP）和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議。

　　工業(yè)以太網(wǎng)使用雙絞線電纜、光纖、無線網(wǎng)絡(luò)和在未來使用的電力線載波通信（以太網(wǎng)供電信號（Ethernet over the power signal））。通用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，包括以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（EtherNet/IP）、工業(yè)以太網(wǎng)（Profinet）和其它相符的開放系統(tǒng)——已經(jīng)過實地測試，用于管理要求在同一網(wǎng)絡(luò)具有實時性能和多個通信通道的無數(shù)自動化生產(chǎn)情形。

　　傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP）是一套為允許電腦通過網(wǎng)絡(luò)共享資源而開發(fā)的協(xié)議，作為聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)廣泛地應(yīng)用于商業(yè)辦公室，以便讓網(wǎng)絡(luò)和電腦之間進(jìn)行通信。多臺電腦能夠在單一局域網(wǎng)使用TCP/IP和其它協(xié)議，使用IP提供的路徑接入互聯(lián)網(wǎng)。TCP/IP促進(jìn)了商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中快速、準(zhǔn)確的文件傳輸以及用戶通信。通過以太網(wǎng)和TCP/IP進(jìn)行的工廠信息傳輸，能夠整合進(jìn)入普通商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和辦公應(yīng)用。

　　工廠、企業(yè)信息需求不同

　　大多數(shù)情況下，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求與辦公環(huán)境的需求有不同。在工廠層面，過程控制和自動化經(jīng)常需要更嚴(yán)格的實時數(shù)據(jù)傳輸率。除速度之外，相比先前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以太網(wǎng)能夠跨越距離和接受更多的設(shè)備而不會減低性能。

　　預(yù)計以太網(wǎng)將是適合未來應(yīng)用的主流通信技術(shù)，其確保了技術(shù)將繼續(xù)提高和精煉。今天所部署的以太網(wǎng)系統(tǒng)得益于過往的重要經(jīng)驗教訓(xùn)。必須仔細(xì)地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、安全性和數(shù)據(jù)管理，提供今天的工作效率，并且允許以最少的整合工作在未來進(jìn)行擴(kuò)充。另一需要消除的謬論是開放性永遠(yuǎn)等同于無縫互用性。盡管100 Mbps以太網(wǎng)芯片具有通用性，但是，所選協(xié)議實施方案的不兼容性也是事實。以太網(wǎng)I/O標(biāo)簽并不意味著所有產(chǎn)品在同一協(xié)議堆棧內(nèi)是兼容的?；ビ眯允且粋€需要仔細(xì)評測的重要因素。

　　獲得正確的信息

　　工廠基層控制器如可編程邏輯控制器（PLC）， 影像存儲與傳輸系統(tǒng)（PAC）和過程控制系統(tǒng)（PC）控制著機(jī)器和裝置的運(yùn)行，并且從中收集數(shù)據(jù)。正確的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠有效地鏈接企業(yè)管理至工廠基層PLC，并且下連至裝置層面。然而，普遍存在的數(shù)據(jù)透明度既可以授權(quán)也能被極度壓制。篩選和選擇數(shù)據(jù)是成功的網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵。各種類型的管理展示板和其它商業(yè)智能和分析軟件應(yīng)用能夠集中于高層決策所需的關(guān)鍵指標(biāo)、關(guān)鍵績效指標(biāo)和其它數(shù)據(jù)。

　　快速的信息流？

　　與通常經(jīng)歷的延遲不同，當(dāng)上網(wǎng)沖浪或發(fā)送文件給附近的打印機(jī)時，機(jī)器對機(jī)器通信的即時性需要更多的帶寬，但速度值是相對的。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，最終，工業(yè)所期望的網(wǎng)絡(luò)速度可以達(dá)到每秒千兆比特范圍，相當(dāng)于更快地傳輸更多的數(shù)據(jù)。

　　單獨(dú)數(shù)據(jù)速度不一定會提高進(jìn)程速度，盡管近似的實時數(shù)據(jù)流有助于擴(kuò)大協(xié)作提高工作流程的效率。僅當(dāng)相稱的過程和網(wǎng)絡(luò)組件保持同步時，才能完全實現(xiàn)高速信息的全部價值。

　　典型地，只有極快速的涉及運(yùn)動控制和精密自動化的制造過程需要適合高視覺、復(fù)雜運(yùn)動和算法的帶寬。對于大多數(shù)制造和過程應(yīng)用，最簡單形式（10-100 Mbps）的以太網(wǎng)通常足夠快。雖然在今天的世界里，每家工廠都需要高效率，重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在生產(chǎn)能力而不是速度。對于任何特定的制造商，合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要在理想速度上正常運(yùn)作，以達(dá)到理想的生產(chǎn)能力。

　　考慮這些問題

　　來自工廠的實時原始數(shù)據(jù)通常沒有達(dá)到管理水準(zhǔn)的要求，在大多數(shù)情況下也是不需要的。在過去，由于獨(dú)特的環(huán)境和目標(biāo)，企業(yè)文化經(jīng)常把制造和行政管理作為單獨(dú)的實體來定位。通過提供實時數(shù)據(jù)快照或展示板來提供智能診斷、質(zhì)量控制、客戶服務(wù)和有效生產(chǎn)計劃、日程安排和生產(chǎn)推進(jìn)，企業(yè)級整合能夠為制造商帶來顯著的好處。

　　打包傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也使得以太網(wǎng)成為診斷監(jiān)控和故障檢修的理想工具。對先進(jìn)監(jiān)控和工廠診斷的需求正在增長，這將加快每個周期的數(shù)據(jù)流動，從而提高速度。

　　標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)獲廣泛宣稱為非專有的和較廉價的。理論上，這是真的。雖然，用于工廠流程領(lǐng)域的工業(yè)以太網(wǎng)零部件經(jīng)設(shè)計運(yùn)行于嚴(yán)酷環(huán)境、承受極端溫度、濕度和振動，極大地超出受控環(huán)境設(shè)施的條件。因為它們的制造更堅固，所以工業(yè)級零部件最初的花費(fèi)更多。然而，它們是為顯著延長的服務(wù)壽命期間的可靠運(yùn)作而設(shè)計制造，因而總體擁有成本實際上降低了。

　　從辦公室層面至工廠層面，以太網(wǎng)應(yīng)用的擴(kuò)展需要使用帶有增強(qiáng)保護(hù)等級和至少5e （100 Mbit/s快速以太網(wǎng)）類別性能的RJ-45連接器。針對以太網(wǎng)（EtherNet/IP），工業(yè)以太網(wǎng)（Profinet），以及開放式實時以太網(wǎng)（EtherCAT），更新的M12圓型連接器正成為市場上更通用的以D代碼配置的產(chǎn)品。無線可以用于覆蓋距離并且也能分布在不容易布線的工業(yè)區(qū)域。在石化工廠，無線通信越來越多地成為基準(zhǔn)。某些更新的設(shè)計由小型太陽能面板供電。以太網(wǎng)將得益于新出現(xiàn)的無線技術(shù)。

　　許多公司為嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用選擇配置光纖技術(shù)。相比銅纜，光纖電纜可提供更快的速度，更大的帶寬、距離和更好的抗噪性能。雖然在大多數(shù)情況下，光纖系統(tǒng)成本較高且與遺留系統(tǒng)的兼容性問題存在疑問，隨著更多的企業(yè)轉(zhuǎn)向全企業(yè)融合，工業(yè)光纖線纜解決方案未來可能在工廠基層為數(shù)據(jù)完整性提供關(guān)鍵性能。
——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)9月《智能工業(yè)特刊》，轉(zhuǎn)載請注明出處，違者必究！