在使用以太网之前评测工厂基层网络覆盖范围

　　作者：Molex公司Rick Griffin

　　行业分析人士指出，众多业务需求正推动企业内的工业——商业网络的融合。正常运行时间和生产最优化、产品质量、工作流程速度和效率以及客户服务需求是人们经常提及的事项。全球竞争和利润缩减促使多家制造商进行网络整合，努力简减运营，增加产能和减少总体成本。

　　正如拓展多年的工业网络之上的加工控制技术的应用，这些企业也正在考虑利用以太网的力量来链接其生产和商业层面，以期赢得竞争优势。

　　网络融合架构

　　网络融合必须整合布线；连接器；控制器；开关和其它零部件；以及软件界面以便在商业和生产功能之间发送和挖掘数据。益处来源于融合，很大程度上依赖于网络配置和企业决定整合网络的特定策略。在装置级网络上，工厂基层控制器使用数项开放或专有协议之一，与机器上的装置进行通信。今天的发展趋势是实施以太网作为连接某个遗留协议应用之一的链接层协议，甚至是以太网直接进入机器上的装置层面。

　　采用合适的架构和工业级零部件，以太网融合能够提供如下的显著优势：

　　l 企业范围的接入和增强的商务智能

　　l 提高数据传输速度以实现更快的信息流

　　l 改进的能源效率和资源管理

　　l 提升的设备性能

　　l 协调的监控和控制以优化生产

　　以太网融合提供了满足实时数据通信要求的能力，具有经过验证的可靠性、安全性和易于整合性。这是以太网企业范围技术平台运营稳步增长的原因所在，尤其在较大的制造企业。

　　技术，工业步伐一致吗？

　　以前单独考虑的工厂基层功能、设备性能和生产指标，现在已获广泛认可为重要的策略业务工具，能够帮助减少支出并优化正常运行时间。技术进步已经起到领头作用，其提供了网络工具，以期高效链接机器工艺、控制系统和工厂范围信息至企业，具有无与伦比的可扩展性、功能性和选项。

　　然而，技术和工业很少同步发展。尽管分析人士社群经常有看好的预测，认为整个行业会转向商业——工业网络融合，但现实情况是这些应用一直以较缓慢、较慎重的步伐进行——这也是明智的。在发展减速的经济领域，发展趋势既不迅速也不明显。

　　不过，事实上，工厂环境正在逐步从专有协议转向最普遍的当前标准：使用传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）和标准以太网网络结构的通信协议。

　　工业以太网使用双绞线电缆、光纤、无线网络和在未来使用的电力线载波通信（以太网供电信号（Ethernet over the power signal））。通用工业以太网协议，包括以太网/互联网协议（EtherNet/IP）、工业以太网（Profinet）和其它相符的开放系统——已经过实地测试，用于管理要求在同一网络具有实时性能和多个通信通道的无数自动化生产情形。

　　传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）是一套为允许电脑通过网络共享资源而开发的协议，作为联网标准广泛地应用于商业办公室，以便让网络和电脑之间进行通信。多台电脑能够在单一局域网使用TCP/IP和其它协议，使用IP提供的路径接入互联网。TCP/IP促进了商业网络中快速、准确的文件传输以及用户通信。通过以太网和TCP/IP进行的工厂信息传输，能够整合进入普通商业网络和办公应用。

　　工厂、企业信息需求不同

　　大多数情况下，工业网络需求与办公环境的需求有不同。在工厂层面，过程控制和自动化经常需要更严格的实时数据传输率。除速度之外，相比先前的网络技术，以太网能够跨越距离和接受更多的设备而不会减低性能。

　　预计以太网将是适合未来应用的主流通信技术，其确保了技术将继续提高和精炼。今天所部署的以太网系统得益于过往的重要经验教训。必须仔细地规划网络架构、安全性和数据管理，提供今天的工作效率，并且允许以最少的整合工作在未来进行扩充。另一需要消除的谬论是开放性永远等同于无缝互用性。尽管100 Mbps以太网芯片具有通用性，但是，所选协议实施方案的不兼容性也是事实。以太网I/O标签并不意味着所有产品在同一协议堆栈内是兼容的。互用性是一个需要仔细评测的重要因素。

　　获得正确的信息

　　工厂基层控制器如可编程逻辑控制器（PLC）， 影像存储与传输系统（PAC）和过程控制系统（PC）控制着机器和装置的运行，并且从中收集数据。正确的网络架构能够有效地链接企业管理至工厂基层PLC，并且下连至装置层面。然而，普遍存在的数据透明度既可以授权也能被极度压制。筛选和选择数据是成功的网络融合的关键。各种类型的管理展示板和其它商业智能和分析软件应用能够集中于高层决策所需的关键指标、关键绩效指标和其它数据。

　　快速的信息流？

　　与通常经历的延迟不同，当上网冲浪或发送文件给附近的打印机时，机器对机器通信的即时性需要更多的带宽，但速度值是相对的。随着技术的快速发展，最终，工业所期望的网络速度可以达到每秒千兆比特范围，相当于更快地传输更多的数据。

　　单独数据速度不一定会提高进程速度，尽管近似的实时数据流有助于扩大协作提高工作流程的效率。仅当相称的过程和网络组件保持同步时，才能完全实现高速信息的全部价值。

　　典型地，只有极快速的涉及运动控制和精密自动化的制造过程需要适合高视觉、复杂运动和算法的带宽。对于大多数制造和过程应用，最简单形式（10-100 Mbps）的以太网通常足够快。虽然在今天的世界里，每家工厂都需要高效率，重点应当在生产能力而不是速度。对于任何特定的制造商，合适的网络架构需要在理想速度上正常运作，以达到理想的生产能力。

　　考虑这些问题

　　来自工厂的实时原始数据通常没有达到管理水准的要求，在大多数情况下也是不需要的。在过去，由于独特的环境和目标，企业文化经常把制造和行政管理作为单独的实体来定位。通过提供实时数据快照或展示板来提供智能诊断、质量控制、客户服务和有效生产计划、日程安排和生产推进，企业级整合能够为制造商带来显著的好处。

　　打包传输的数据量也使得以太网成为诊断监控和故障检修的理想工具。对先进监控和工厂诊断的需求正在增长，这将加快每个周期的数据流动，从而提高速度。

　　标准以太网获广泛宣称为非专有的和较廉价的。理论上，这是真的。虽然，用于工厂流程领域的工业以太网零部件经设计运行于严酷环境、承受极端温度、湿度和振动，极大地超出受控环境设施的条件。因为它们的制造更坚固，所以工业级零部件最初的花费更多。然而，它们是为显著延长的服务寿命期间的可靠运作而设计制造，因而总体拥有成本实际上降低了。

　　从办公室层面至工厂层面，以太网应用的扩展需要使用带有增强保护等级和至少5e （100 Mbit/s快速以太网）类别性能的RJ-45连接器。针对以太网（EtherNet/IP），工业以太网（Profinet），以及开放式实时以太网（EtherCAT），更新的M12圆型连接器正成为市场上更通用的以D代码配置的产品。无线可以用于覆盖距离并且也能分布在不容易布线的工业区域。在石化工厂，无线通信越来越多地成为基准。某些更新的设计由小型太阳能面板供电。以太网将得益于新出现的无线技术。

　　许多公司为严苛的工业应用选择配置光纤技术。相比铜缆，光纤电缆可提供更快的速度，更大的带宽、距离和更好的抗噪性能。虽然在大多数情况下，光纤系统成本较高且与遗留系统的兼容性问题存在疑问，随着更多的企业转向全企业融合，工业光纤线缆解决方案未来可能在工厂基层为数据完整性提供关键性能。
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