连接的传感器和工业自动化网络

在当今竞争激烈的全球市场中，先进的自动化系统是必要的，以确保生产效率，同时保持最高质量标准。即使是劳动力成本低的地区的制造商也渴望提高其自动化系统的复杂性，因为他们知道不这样做将危及他们在全球经济中的地位。  

最新工业自动化系统的核心是新一代高级智能传感器，通过低延迟实时网络连接到可编程逻辑控制器 (PLC) 和人机界面 (HMI)。当然，对于制造商来说，时间就是金钱，只要制造的产品达到可接受的质量水平，一条高效的生产线就会尽可能快地运行。为了提高效率，可靠的传感器必须非常快速地监测生产线上的状况——在几毫秒或更短的时间内。不使用典型的以太网，而是使用专门的工业以太网通信协议将传感器链接到 PLC 或其他设备。虽然典型的以太网没有保证传递时间或设置消息的循环时间，但这些协议可以实现所需的低延迟确定性响应。

工业自动化面临的基本挑战没有改变：可靠性、准确性和易用性。网络和其他连接技术的发展对于应对持续改进的挑战至关重要。在工业自动化市场中，目前有超过 120 种串行通信标准和超过 50 种基于以太网的协议可以部署。问题不在于缺乏解决方案，而是有很多解决方案选项并决定如何部署它们。

保持尽可能简单

使用来自多个供应商的元件实施工业自动化系统可能需要部署多种不同的通信协议。工厂中的设备只使用一个供应商或确保为工厂的自动化系统选择的所有设备都使用相同的通信协议似乎是合乎逻辑的，但这在实践中是极难实现的。工厂自动化架构可能非常复杂，并且由于不同设备的更换或更新需求在不同时间出现，因此可能无法在支持特定协议的情况下进行更换，或者预算内的最佳解决方案可能会迫使自动化系统包含另一个新的协议。

由于这些原因，工厂自动化系统通常需要支持多种工业网络协议。这增加了整个系统的复杂性，并可能显着提高成本。克服这些挑战将需要先进的灵活技术，该技术可以实现多协议通信，并通过动态协议感应来检测正在使用的协议，然后在运行时切换到该协议。这种自动检测功能将消除工厂工程师当今普遍面临的一些复杂架构问题。

 

为了满足全球对制成品和加工材料的需求，工业自动化系统必须不断提高速度、准确性、可靠性和精度。这些动机导致了工业 4.0 等趋势，这将使工厂自动化系统中的连接性挑战进一步复杂化。工业 4.0 趋势推动制造商整合更多传感器，并将这些传感器无缝连接到工厂自动化网络和云端。

各种规模的制造公司都努力将其生产系统与其他企业业务系统紧密结合，包括供应链和需求监控系统。结果，通信协议环境将变得更加异构，强调多协议支持对工厂自动化系统的重要性，而与企业业务系统的连接将为通信系统引入另一层复杂性。

网关帮助连接

通信网关将变得更加重要，因为它们将能够汇总来自大量传感器的数据并将其馈送到云端和企业系统，以实现整个工厂状态的可视化。诸如 OPC UA 之类的通信协议已经在嵌入式系统（例如这些通信网关）中采用，以便将控制级工厂设备与运行企业系统的服务器无缝连接。这一切都增加了网络的复杂性。具有多协议支持和协议自动检测的自动化设备可以缓解一些网络设计挑战。  

为了满足这些需求，工业自动化系统的设计人员正在为嵌入式处理器、模拟组件、软件构建模块和支持工具寻找完整、经济高效的解决方案。此类设计包的一个示例可以使用TI 基于 ARM Cortex-A8 和 -A9 内核的 Sitara 处理器，以及用于多协议处理的实时通信加速器 — 可编程实时单元 (PRU)。该解决方案集提供实时和高级操作系统、图形处理和其他资源。

各种规模的制造商的目标是成为灵活、敏捷和极其高效的产品和加工材料生产商。领先的多协议技术有助于确保工业自动化供应商具备满足市场需求所需的能力。

　　审核编辑：汤梓红