在车间中部署以太网前评估其涵盖范围
发布时间：2020-2-26 17:37
发布者：eechina
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在一些行业分析师的观点中，诸多业务需求正推动着企业内部的工业和商业网络进行融合，其间时常提及的优势点包括优化运行时间和产量、追求产品质量、提升工作流程的速度和效率以及满足客户服务需求等。现实中，全球竞争态势愈演愈烈，利润率却不断下滑，不少制造企业迫切需要简化运营，提高产能并降低总体成本，于是「网络集成」这件事便迅速提上了议事日程。 如今，越来越多的企业正寻求借助以太网将制造和业务这两个层面联系起来，从而赢得竞争优势。这与当初通过工业网络来控制机器的技术如出一辙，该项技术只花了几年时间便得到了广泛应用。 网络融合架构 要实现网络融合，需要集成布线、连接、控制器、交换机等组件，以及用于在商业和工业功能之间传输和挖掘数据的软件接口。网络融合所带来的收益在很大程度上取决于网络配置，以及企业的网络集成决策背后的特定策略。在设备级别的网络中，工厂车间内的控制器需要通过某种开放或专有协议来和机器中的设备通信，而当今的趋势是将以太网实现为某种旧协议应用的链路层协议，乃至将以太网通信带到机器中的设备这一层级上。 只要采用合适的体系结构和工业级组件，以太网融合就能够带来以下显著优势： · 在整个企业范围内实现轻松访问，并增强商业智能 · 提高数据传输速度，让信息流动更快速 · 改善能效和资源管理 · 提升设备性能 · 通过协调监视和控制来优化生产 以太网融合能够满足实时数据流量需求，并且高度可靠、安全、易于集成，促成了越来越多的企业，尤其是大型制造企业采用遍及整个企业范围的技术平台来开展运营。 技术和工业的发展真的步调一致吗？ 过去，设备性能和生产指标只被视为车间的功能，但现在它们已经成为广受认可的重要战略业务工具，有助于减少支出、优化正常运行时间。技术进步让网络工具以更快的步伐发展，它们凭借出色的可扩展性、功能和选项，将机器加工、控制系统和整个工厂范围内的各种信息有效地和企业关联起来。 不过，技术和工业的发展却少有步调一致的时候。虽然分析师们往往会打鸡血似地预测整个工业领域都将全面转向工商业网络融合，但实际进展却更多地展现出审慎和战略的节奏，这恰恰是更为明智的做法。在经济发展放缓的大背景下，没有哪一种趋势能够一骑绝尘或者鹤立鸡群。 虽然如此，但一个不争的事实是，工厂环境确实正在逐渐从专有协议转向当今的普遍标准，也就是建立在传输控制协议/网际协议（TCP/IP）和标准以太网网络结构上的通信协议。 工业以太网采用的传输介质有双绞线、光纤、无线网络，以及未来将会投入应用的电力线载波（通过电力线传输以太网信号）；常用的通信协议包括EtherNet/IP、Profinet和其他各种兼容的开放系统。这些协议均已经过实际测试，即便有大量自动化场景需要同一个网络同时提供实时性能和多个通信信道，它们也能够管理得过来。 TCP/IP是一套用于在不同计算机之间通过网络共享资源的协议，也是商业办公室广泛用于实现计算机网络通信的标准。多台计算机可以在同一个局域网中使用TCP/IP和其他协议，其中IP用于实现局域网到Internet的路由访问。这套协议有助于在商业网络中进行快速、准确的文件传输和用户通信。如果将工厂的数据传输通过以太网和TCP/IP来实现，就可以将它们集成到常见的商业网络和办公应用中。 工厂和企业对信息的需求不一样 在大多数情况下，工业网络与办公套件的网络是有显著区别的。在工厂中，加工控制和自动化操作往往会对网络的实时数据传输速率提出更严格的要求，而以太网所能做到的不只有更快的速度；它还可以让数据传输更远的距离，并且可以接受更多联网设备，而不会像过去的网络技术那样导致网络性能降低。 未来，以太网有望成为主流的工业网络通信技术，因而这项技术将会继续得到增强和完善，现今部署以太网的企业也会受益于过去学到的重要经验。只有精心规划过体系结构、安全措施和数据管理方案的网络，才可以在当今的环境下高效工作，并且尽可能减少将来扩展时进行集成工作所需的工作量。此外，不少人还会以为「开放」总是等同于无缝的互操作性，可事实果真如此吗？虽然100Mbps以太网芯片是完全通用的，但如果具体到所选的协议实现，它们之间又确实互不兼容；也就是说，「以太网I/O」的标签并不意味着所有产品都在同一协议栈内兼容。因此，是否具有互操作性是一项需要仔细评估的重要因素。 获取信息要讲求「合适」 PLC、PAC和PC等工厂车间控制器控制着机器和设备的运行并从中收集数据。如果选用了合适的网络体系结构，就可以高效地将业务管理关联到车间的PLC和设备这一层级。 但是，无处不在的数据透明性就如同江河湖海里的水，既可载舟亦可覆舟，因而如何筛选和选择数据就成了网络融合成功与否的关键所在。为此，各种诸如管理看板等商业智能和分析软件大量涌现出来，它们专注于呈现出高层决策所需的关键指标、关键绩效衡量标准等数据。 信息处理真的「唯快不破」吗？ 与浏览网页或者将文档发送到身边的打印机时通常遇到的延迟不同，机器间的即时通信对带宽的要求更高。但速度的快慢终究是相对而言的。随着技术飞速发展，业界最终可以实现高达每秒千兆位的网络速度，也就意味着可以更快地传输更多数据。 虽然接近实时的数据流可以促进更好的协作和更高效的工作流程，但仅靠数据传输速度并不一定能够提高处理速度。只有在相应的流程和网络组件实现步调一致时，才能真正实现高速信息处理。 通常，只有涉及运动控制和精确自动化，并且需要以极快速度来完成的制造操作才需要使用高带宽来满足高清影像、复杂运动和算法等需求；对于大多数制造和加工应用而言，最简单形式的以太网（10Mbps–100Mbps）往往已经足够快。诚然，在当今世界，工厂的「效率」一定是越高越好，但在影响工业网络效率的因素中，「吞吐量」显然比「速度」更值得重视。对于任何一家给定的制造商，只有让合适的网络结构以期望的速度正常运行，才能实现预期的吞吐量。 这些问题也要考虑到 工厂中产生的实时原始数据通常不会让管理层看到，大多数情况下也确实没有必要。在过去的企业文化中，往往会将制造和管理分别定位成独立的实体，认为它们有各自的环境和目标。实现企业层级的整合后，便可通过实时数据快照或看板来实现智能诊断、智能质量控制、智能客户服务，并且高效地完成生产计划、生产调度和加急生产等操作。 一个以太网数据包中可以传输一定量的数据，这也使以太网非常适合用于诊断监视和故障排除。随着高级监控和工厂诊断的需求不断增长，每个周期的数据传输将会得到加速，进一步提升传输速度。 标准以太网普遍被视为一种非专有并且成本相对更低的技术，理论上也确实如此，但用于工厂加工区域的工业以太网组件却有一定的特殊性：它们需要在恶劣环境中运行，承受远超受控安装环境的极端温度、湿度和振动。 正因为工业级组件更加「皮实」，它们在最初阶段可能会产生更高的成本；但它们在制造之初就以可靠性为重，使用寿命大大超过非工业级产品，因而其总拥有成本完全可能比后者更低。 要将以太网应用涵盖范围从办公室延展到工厂中，就必须使用带增强保护级别的RJ-45连接器，并且其性能至少需达到Category 5e规格（100Mbit/s快速以太网）。新型M12圆形连接器在市场上也越来越常见，这类连接器采用特定于EtherNet/IP、Profinet和EtherCAT的D Code配置。此外，无线网络也是一种可行方案，可以解决传输距离较远或布线困难的问题。在石化工厂中，无线通信正得到越来越普遍的运用。一些较新的设计还通过小型太阳能电池板来提供网络所需的电力。总之，无线新技术的出现终将使以太网从中受益。 对于恶劣环境下的工业应用，不少企业选择了部署光纤技术。和铜缆相比，光缆的速度更快、带宽更大、传输距离更远、抗噪性能更优秀。虽然大多数情况下光纤系统的成本更高，并且与传统系统之间存在比较大的兼容性问题，但随着更多企业向全企业范围内的融合迁移，工业光纤布线方案有望成为将来实现工厂车间数据完整性的关键技术。 文章来源：贸泽电子 作者：Rick Griffin |
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