近年来,以太网增长势头很快。生命力旺盛的耐用元件也不断增加,而且可靠性和安全性不断提高,同时成本却在降低。实际的互操作性也在不断扩大阵营,向专有系统挑战。标准也在不断步。当然,一些信息技术(IT)员工和车间级工程师事实上都在讨论和共同采用网络项目,包括以太网。所以,如果你、你的同事们、或你的管理层愿意加入以太网的前进大军,很多事情会变得越来越容易。
事实上,控制工程曾经进行过一项调查,针对工业网络产品的研究,发现在439位调查参与者中,87%的目前正在使用以太网技术,89%的计划在未来的1年内购买以太网产品。VDC也公布过类似的研究报告,发现具有以太网接口的工业和远程I/O设备从2000年的11%的占有率增长至2005年的26%。
需要驱动因素
若要将以太网技术带入车间级,用户必须根据特殊的应用和他们的环境先完成一些重要的任务。通常,网络开发者必须首先冷静地评估他们应用中要涉及的目前和未来的需求,以及业务目标,以
实现以太网运行需涉及相关的复杂的工作,包括确定合适的网络拓扑结构和距离、冗余等级、以及保证安全的交换机、有效的网络性能。"工业以太网:简易导读 (Industrial Ethernet: A Pocket Guide)"一书的作者Perry Marshall认为,当你在连接PLC、智能设备和I/O时,可能存在潜在的不兼容的问题。用户必须检查其以太网设备和网络支持哪种协议。你可不能在在购买这些设备时,仅仅因为能支持"TCP/IP"就相信能解决问题。事实上,许多用户在他们购买以太网设备和其他网络硬件前,需要供应商证明设备的相互协作兼容的特性。
对于选择线缆、连接器、转换器、Hub和其他硬件以及安全保护设备也是相当重要的。Rockwell Automation 的NetLinx高级项目工程师Anatoly Moldovansky认为,如果你已经有一个独立的网络,有3个远程I/O机架,一个控制器和一个HMI工作站,那么你就能使用一个不太昂贵的以太网交换机。但是,如你有一个比较复杂网络,或者你需要每10 msec就要进行数据更新,那么,你就需要一个性能更强大的交换机。
一般,Rockwell推荐以太网元件的运行速度为100 Mbps,交换机性能包括能区分数据的优先级和过滤未被授权的信息;全双工的性能允许数据能被同时传送和接收,不会产生数据冲突,这些性能确保交换机的决定的重要性。
线缆、连接器、交换机
因为大多数硬件最初都来自于办公室设备,以太网也是如此,采用RJ-45连接器、Velcro安全底座和其他轻型元件,但却常常不适合制造环境。此后,许多供应商开始生产更多更能使用环境的线缆、连接器和其他DIN导轨和机械安装式的元件,将以太网带入车间级,这一环境多灰尘、粉尘、高温、寒冷、湿度大、振动、化学性强、具有腐蚀性、有电噪音以及其他妨碍网络运行的因素。
GarrettCom Inc的总裁Frank Madren认为,就只是确认温度是否能适应以太网就已经是非常重要的因素了,这也是为什么我们提供的以太网元件能用于户外和非常规温度环境,从-40到+70 °C。GarrettCom的 Magnum P62F 和 P62F-5V以太网交换机包括6个10/100-Mbps的交换RJ-45口,和2个100-Mbps的光纤口,能连接本地设备和连接远距离的网络。
为了支持交换机和其他以太网元件,线缆连接必须仔细处理。例如,Cat 5的线缆可用于办公室环境设备的连接,Siemens Energy & Automation推荐Cat 5e双绞线线缆连接100-Mbps、全双工电子和光纤以太网模块。
为了更好地处理苛刻环境下的设备,工业通信技术(Industrial Communication Technologies ,ICT)建议,Lumberg Inc.的etherMate M12的连接器,这个连接器包括RJ 45-M12防水插口;ICAT5e编制和屏蔽线缆;PUR封装M12连接器线缆件。
拓扑、光纤技术有助于安全性
虽然以太网交换机和路由器能将数据流排出优先级和分类,并能独立出车间级的子网络,以进行安全运行,但是,开发者仍然需要依靠拓扑和网络设计支持安全性需求。
环状和星状拓扑结构在以太网安全中是最为常见的设计。这些配置通常使用智能交换机,可以监控网络,当一部分网络故障时,能立即变更数据流。例如,Phoenix Contact的Factory Line switch,FX/FX,具有5个10/ 100-Mbps,双绞线以太网连接,和2个100 Base-FX多模式的玻璃光纤连接,能用于建立冗余以太网环状网,具有快速重新配置时间的优点。在分配中断或其他失误时,交换机能在500 msec时间内或50个交换内,确保恢复网络功能。
Hirschmann Electronics的销售和市场经理Sven Burkhard认为,事实上,具有内嵌网页的交换机可能实现远程管理,并能用于监控他们自己的设备连接,如果这些连接出现问题,交换机会及时报警。
同样地,AutomationDirect表示,其EZTouch面板可以直接编程,通过其PLC以太网 使用现成的以太网Hub.
西门子的King认为,当一个环状网需要一个特殊的线缆,当中断发生时,它经常能在300 msec内完成交换。
King补充,铜线缆最佳的运行长度为100米,通过采用光纤线缆可以支撑更长距离的传输,用户并可以避免安装一系列的中继器设备。多模光纤的运行长度可以达到3公里,单模光纤的运行长度为15公里。
通信和分析
理论上而言,以太网正朝着更为复杂的方向发展,硬件也随之越来越精密,以适应以太网各项功能的实现。路由器根据
Digi的设备服务器产品副总裁Joel Young认为,当相当数量的计算机相互采用不同的协议通信,并与某一个设备同时通信时,使用Digi One IA设备服务器就是这样的一个能同时实现通话的设备。所有的信息可以正确到达目的,因为Digi One IA的多主机能力能与任何目标设备通话。
仔细研究一个以太网,有品种繁多的以太网分析设备。Woodhead Connectivity提供NetAlert软件,能标记错误,允许对数据流和带宽进行监控。Woodhead Connectivity的工业以太网经理Bob Neagle认为。
同样地,FF也推出了其AT-440 High-Speed Ethernet (HSE) Analyzer Toolkit,包含了一个分析软件包、现成设备案例和设计案例、减低产品开发时间,通过帮助工程师快速查找和分析HSE设备错误。
硬件帮助共同
不仅有效的以太网硬件能实现和降低成本,而且也能解决一些工作人员之间的问题。Opto 22的系统工程师James Davis认为,过去,控制工程师担心工作与IT工程师共同完成网络项目,因为一起工作时总是存在很多问题,但是以太网元件,如Opto 22的Snap Ultimate I/O,能很容易地解决这个问题。
例如,当一个工程师向IT员工表示 ,I/O口连接到实际的设备所需要的空间,如果空间不大,他们之间的关系就比较好解决,因为不需要购买大量的中间设备。所有构建的请求语言数据库可识别Snap Ultimate I/O,不需要增加额外的设备。
当然,因为许多IT部门工程师都管理着网络公共和个人IP地址的分配,他们通过分配个人地址,帮助增加网络的安全性,连接到车间级设备。
适应性的未来
除了能节约联线和人力成本,以太网潜在的开放性和互操作性给用户促进了了更多的以太网适应性的发展,以便在未来进行扩大和重新配置网络。以太网的适应性允许其相互连接,超越以往的网络,连接到因特网、无线网络和其他设备。例如,Newport Electronics的iServer是一个DIN导轨安装的以太网桥和网络服务器,能实现Hub连接的功能,能将32个仪器连接至以太网和因特网。这个iServer也能连接几乎任何RS-232或RS-485至以太网。