并且这种连接将会继续增加。来自ARC Advisory Group公司的一份报告称，一家从事工业自动化的公司预言工业以太网的交货量会从2004年的840，000套增加到2009年的670万套，年增长率为51.4%。
工业以太网将开创工厂自动化的新纪元，改变机器组件之间
以及机器组件和集团计算机系统的相互影响。 随便找个自动化领域的专家问问他们未来的发展方向是怎么样的？他们会不约而同地提到“整合”这个词。并且这个词的前面常常会加上“越来越多的”、“越来越大的”、“越来越紧的”或者“越来越密切的”等修饰词。但是对那些设计机械的工程师们来说，整合到底意味着什么？在自动化领域，这个词已经成为包揽万象的万能词，可以是最简单组件的物理组合，也可以是复杂控制和MES系统集成。
对那些着眼于未来并正尝试制定自动化决策的工程师们来说，最重要的事情可能就是把集团信息技术（IT）部门和工厂车间自动化部门这两个截然不同部门紧密整合起来。
隔行如隔山，传统上工程师和ＩＴ专家很少有共同语言，现在很大程度上情景还是这样。但是如果说有什么东西能在未来几年拉近他们之间的关系的话，那就是一段CAT 5电缆。“工厂自动化领域最明显的趋势是工厂车间通过网络和公司系统相连接，通常是以太网，”
Sujeet Chand称，他是Rockwell Automation公司的资深副总裁兼首席技术官。 
大部分自动机械的运动都很简单，普通的运动控制器就能应付。这儿是Bosch Rexroth公司展示的一台
由IndraMotion MLC 控制器控制的Delta 自动设备，控制器的尺寸大约是3 x 3 x 3 英寸。
工业以太网现在正改变机器部件之间以及机器部件和ERP 系统间的影响。
据Chand称，这种连接之所以如此重要，原因之一是工厂车间数据现在变得太重要了，不能把他们留在车间白白浪费。终端用于要求把数据传输到MES和ERP系统，在那里这些数据可用于供应链优化、提高资产利用率、产能计划和、产品跟踪和其他重要商业决策。“终端用户希望从他们购买的设备获取更多数据，他们越来越多地要求提供‘仪表盘’，以使得他们可以挖掘到机器层面的数据，”他称。
在工程学上的意义
制造和操作机械的工程师们也可以从和IT的整合中受益。据Filomena Wardzel所说，公司系统可以让他们更容易地获取机械性能和维护数据，她是Siemens Energy & Automation Inc.的自动化系统业务部经理。
尽管无线射频技术在先进的生产流程中算不上什么新玩意，但是随着公司把工厂车间和供应链以及物流系统整合起来，这种技术将更加流行。
要想了解IT集成会走多远，只要看看目前的状况就行了，现在越来越多的Web服务器被植入到运动和气动部件。比如，Numatics Inc.公司的一种阀组就植入了Web服务器和无线通信设备。为什么一个阀组还需要单独Web服务器？Numatics公司的技术开发主管Enrico De Carolis称，这么做的好处是可以在扰乱控制算法或实时生产系统的情况下获得诊断信息。“大家觉得故障诊断是个不错的想法，但是没有人喜欢对系统编程，特别是对实时运行的系统，”他说。
这种阀组的阀门开关次数的数据可以通过互联网获取。De Carolis相信类似的方法可以用于各种运动系统，这开辟了一条通往新型的预防和预知维护模型的道路。跟OEM对维护功能进行编程的做法不同，维护工作可以让组件提供商或第三方来做。
高级组件和机器的远程维护已经出现多年了，但是在今后几年的争议将是：现在进行远程监控太容易了，那么远程监控还能发展到什么程度。“每个组件都需要具有它自己的Web服务器吗？”Chand怀疑。“我认为这么做有点过头了。”他把机器控制服务看作是组件数据的“集合点”。
甚至连De Carolis也相信现在对于走基于组件的Web服务器这条路是否正确还有待商榷“毫无疑问，我们现在可以让一个阀组给你发e-mail，问题是有人需要他们的阀组发送e-mail吗，”他说。不过他又说具有Web功能的阀组已被证明是Numatics产品中被最快速采用的产品之一。
存在软件和安全方面的障碍
尽管以太网和IT整合可能为工厂车间带来诸多好处，但是目前还存在一些缺点。控制工程师和IT人员插入的电线越来越多，虽然电线都差不多，但是还是有一些差异需要他们应付。“现在一些大公司的
在Chand看来，软件是一个需要改变的地方。“我们不能想当然地认为车间里的所有人都习惯Java和Web服务器，”他说，这种不适应感使得从车间迁移数据变得困难起来。Chand称他希望看到有其他简单的方法把数据迁移集成到工程师们使用的编程环境，并且希望看到增加IEC 61131-3标准中的PLC编程方法会有所帮助。“我希望看到IEC 61131-3像发送Java消息那样发送数据和信息，目前没有这样的功能。”他说，尽管他预计在将来可以做到这一点。
据Chand称，另一个有效方法是采用服务导向的架构（SOA）-- 或者由低耦合、可共用和预编程的服务组成的软件。例如，服务组件可以跟踪材料消耗情况，或者收集设备可用时间等数据。“SOA把车间中的数据用IT的方式显示出来，”Chand说。“我们正在仔细研究SOA，相信它很有前途。”他预言在3-5年内SOA将是一种更加通用的编程方法，它会把工厂车间和前端系统紧密联
安全问题（至少意识到可能存在安全问题）是IT界和工厂工程界之间发生争执的更大的原因。“如果是那种旧的专利网络，实际上就不存在工厂车间的安全问题，”Wardzel称。但是开放式以太网网络就存在安全问题。“防火墙会大大提高安全性，”她说。但是她承认工程师们不相信防火墙不影响他们的实时系统。
简单地使用防火墙不能让大多数工程师满意，这儿还有另外一个原因。“IT和车间在安全方面有截然不同的做法，”Chand称。他说IT人员通常在同构环境下工作—在其中他们使用一个操作系统。“而通常的车间的环境则是IT人员的噩梦，”他说。“车间的多重网络、前端总线以及现在的以太网控制混杂在一起。”他认为这种异构环境短期内不会改变。因此，IT人员处理安全的方法—防火墙和打补丁—在车间里不能凑效。“IT人员通常不必去考虑他们在安全方面的工作对实时运行系统有什么影响。”
尽管目前有很多自动化产品提供商已经为工厂车间提供具有安全性的产品，但是Chand承认说目前的安全性还不能满足车间工程师们的要求，还必须进行改进。“困难在于把所有这些异构技术集成起来并为实时网络建立防火墙，同时还不能降低系统性能，”他说。“这正是目前我们正在努力的地方。”
流行中的无线技术
工程师们将如何利用目前备受关注的工厂中的无线通信？以西门子公司为例，该公司已经开始提供用于部件位置分散的自动化起重机和其他机械的无线安全系统，同时该公司还为那些确定性无线控制的设备提供无线安全系统。“控制技术已经有了，”Siemens Energy & Automation Inc.的自动化系统业务部门经理Filomena Wardzel称。“但是对使用无线进行控制兴趣不大。”
她并不指望在短时间内这种情况会有所改观，其他几个重要供应商也持类似观点。“需求最大的并不是实时无线控制设备，而是监视设备，”Rockwell Automation公司资深副总裁和首席技术官Sujeet Chand称。
Chand指出，目前对无线技术是否适用于工厂车间的争论，主要是围绕实际存在的和可能的服务质量问题，但是他发现了一个阻碍采用无线技术的更根本的原因：电池寿命。无线技术在那些难以连接线路（包括电线）的设备上备受青睐。“考虑一下成千上万的无线传感器，它们都采用电池作为电源。现在想象一下为所有这些传感器更换电池，这将会是怎样的噩梦，”他说。
供应商们已经开始提供自供电和远程供电的无线设备。在一项工作中，Rockwell Automation公司把无线震动传感器放在一个油轮的旋转机械上，利用轮船的运动为传感器供电。因此大型设备上的无线设备的供电问题并不是难以克服的，但是从设计和成本角度来看，供电问题必须要考虑到。
一种IT友好（IT-friendly）的方法为工程师们利用这些技术铺平了道路，这些技术可以让工程师们获取他们想要的数据。Wardzel举了无线（见下面的短文）技术和RFID（射频识别）两个例子。“RFID不仅能跟踪离开工厂后的大件产品，还能跟踪车间里的小件物品，”她说。这对那些负责解决生产故障的工程师们来说的确是个好消息。
工厂模拟
工程师们确实喜欢进行计算机模拟
工厂模拟软件，比如这儿展示的Siemens公司SIMATIC Automation
Designer 软件，可以把机械工程和控制工程结合起来。
Franke描述了未来景象：工程师们将从控制-自动化角度利用机械CAD数据的产品信息和生产设备运行虚拟或“数字”工厂。这种模拟将给出最终生产线的PLC、CNC或基于个人电脑的控制软件，降低了设计和试运转时间。
这些“数字工厂”的前提条件是各种CAD系统和工厂模拟软件之间的可以连接。但是Franke称目前的开放系统实际上对“向3D设计领域开放一个接口”没什么障碍。
自动化OEM厂商已经开始采用这种方法了，使用像西门子的SIMAT
工业以太网资源
工业以太网的几个不同衍生品也在竞争主导工厂车间。这些系统的主要区别在于如何进行实时控制。Bosch Rexroth驱动和控制技术部门的副总Scott Hibbard称一些协议和商业TCP/IP相差无几。“其他公司采取‘焦土’策略，大量使用以太网电缆和线路，”他说。下面是这些协议的简介：
■Ethernet/IP：
http://designnews.com.cn/0703-623.aspx。
■Ethernet Powerlink：
http://designnews.com.cn/0703-624.aspx。
■SERCOS III：
http://designnews.com.cn/0703-625.aspx。
■ProfiNet：
http://designnews.com.cn/0703-626.aspx。
■EtherCAT：
http://designnews.com.cn/0703-627.aspx。
■了解更多技术资讯，请访问网站：http://designnews.com.cn/0703-628.aspx。该网站有几十篇关于各种以太网工程问题的文章。
安全技术和机器人技术应用到机械
工程师们在努力寻求降低机械设备生产成本的同时，他们期望把更多的功能整合在设备中，同时让控制操作尽量简单。“一两年后，我们相信你会发现机械的集成化程度比现在更高，”B&R Industrial Automation公司副总裁Helmut Kirnstotter预言。“在过去，处理能力和网络速度限制了把更多功能集成到机械设备上。而现在开放式网络正在改善，集成更多功能现在已成为可能，”他说。
他举Ethernet Powerlink工业以太网协议为例，这是由B&R公司开发的，后来对外公开。在德国纽伦堡市举办的SPS驱动器展上，Powerlink组展出了速度为1 Gbit/sec的以太网，网速提高了10倍。它在实时控制设备的周期时间只有200微妙。其他工业以太网协议也同样有所改进（看下表）。
网络方面的改进以及最近对北美安全标准的修改，所有这些将很快改变北美工程师们采用机械安全性的方法，他们可以采用集成安全性系统，这种系统可以和基于及太网的主控网共享空间。“要让集成安全性系统发挥实际作用，你需要保证网络性能，”Chand称。他提出安全设备的最短周期时间是10毫秒。
但是一旦网络系统得到保证，集成安全性系统会带来非常多的好处，并且它在欧洲已经被使用。如果机械制造商不需要独立的安全网络，他们可以大大减少导线的数量。Kirnstotter指出，继承安全性系统还能为机械制造商带来其他好处。随着安全网络反应越来越快，你可以把安全光幕、安全罩和其他安全设备安装离防护目的更紧的地方。“最终会为你的工厂节省大量的厂房占地，”他说。集成安全性系统可以执行更多安全程序，并且也更容易—比如安全减速—这不需要让组件或机械设备完全停止运转。
集成安全性的概念还是让一些工程师们心存恐惧。“实际上他们还不太信任半导体元件，”Bosch Rexroth驱动和控制技术副总Scott Hibba rd称。但是工程师的这种态度正在发生改变，部分原因是对NFPA标准的修改，集成安全性系统将很快被批准在美国使用。“这儿的客户开始要求这种系统了，”Kirnstotter称。
虽然集成安全系统在未来几年会越来越流行这一点已经毫无疑问，但是对如何实施它还有很大争议。例如，Hibbard认为集成安全性系统和分布式控制架构是理所当然的选择。“你可以把安全点放在反应更快的地方，”Hibbard称。他认为基于驱动器的控制器在一些情况下反应最快，可以在不超过2毫秒的时间内发现不安全因素并做出反应，而PLC则大概需要30毫秒。“2毫秒和30毫秒的差别可不小，”他说。“这是损失四根手指和一根手指也不损失的差别。”
提高以太网性能也促进了机器人集成技术的发展。机器人控制可以被集成到一个通用的运动控制器上，而不用为每个机器人配置一个控制器。复杂机器人运动在一段时间内可能还是需要单独的控制器，“但是大部分机器人设备的运动都很简单，只有3-4个自由度，”Chand称。
它带来的好处和那
“优势之一是控制器的尺寸变小了，”Hibbard称。最近在美国芝加哥举办的Pack Expo展上，Bosch Rexroth公司展示了一个由该公司IndraMotion MLC控制器控制的Delta机器人，该控制器的尺寸仅为3 ×3 ×3英寸。
运动控制/ 自动化(技术创新大事记)
1946 年
纸和硬接线仍然占主流地位
信息传递意味着把设计蓝图、订单和其他纸质文档搬来搬去。唯一的控制是硬连接的并且以中转站和开关为基础。
1952 年
第一台NC 控制器面世
MIT Servomechanisms Laboratory展示了第一台数控机床，这是一台三轴铣床。
1955 年
NC 开始商业化
Giddings & Lewis Corp.制造了第一台商业化的NC机床，这是一台5轴铣床。这年在芝加哥举办的车床展上，各种NC 机床开始出现。
1960 年
晶体管取代电子管
工业控制器的制造商们对晶体管大加青睐，认为它是一种比电子管更可靠耐用的替代品。
1961 年
工业界开始青睐机器人技术
第一个工业机器人Unimate 被运往位于新泽西的通用公司一家冲压工厂，它在那执行零件转移的任务。
1969 年
机电一体化的诞生
Yaskawa Electric 公司的工程师们创造了““mechatronics”这个词来描述电子机械系统，在这些系统中电子器件取代了某些机械部件的功能。
1969-1971 年
PLC 诞生了
第一台可编程控制器Modicon 084 被运往宾夕法尼亚州的Landis Tool 公司。这个早期型号只是进行一些离散的顺序操作。Allen-Bradley 公司在11971 年制造了第一台PLC。
普通微处理器开始出现
Intel 公司制造了第一台微处理器8080，早期它用于通用计算，后来开始用于PLC。
字符识别器被研制出来
机器视觉先驱Cognex 公司创立。一年后该公司研制出DataMan，这是第一个用于工业领域的光学字符识别系统。
1981 年
个人电脑开始流行
IBM 公司推出5150 个人电脑。在80 年代中期，基于PC 的控制器开始取代专有微机，比如DigitalEquipment Corp.的PDP 11 机，后者从1970 开始就用于工厂车间。
以太网开始流行
1983 年以太网关键的IEEE 标准（802.3）发布，而在这10年前试验版本的以太网就已经出现了。IEEE标准规定了以太网的物理层规格，也是今天大多数网络设备的基础。
1983-1987 年
单轴运动
Galil 公司推出了第一款基于微处理器的单轴伺服运动控制器。1987年，该公司又推出了3轴控制器，这款处理器能沿2-D 路径进行协调运动。
1986-1994 年
现场总线开始流行
1986 年，Robert Bosch GmbH 公司推出了Controller Area Network（CAN），这是一个串口总线系统。尽管设计它的初衷是用于汽车，但是在90年代早期它在机床控制领域很流行，后来被用作DeviceNet的基础构架。在那段时间也出现了其他各种现场总线产品。1989年，德国的研究人员开发出PROFIBUS。1994 年，两家现场总线供应商In terOperable SystemsProjec（t ISP）和WorldFIP North America合并成立了Fieldbus Foundation 公司。
1999 年
无线设备开始出现
无线局域网规范IE 802.11b 被发布，这促使商业无线设备的涌现。一些设备经过强化后用于工厂车间。
千年虫问题不是很严重
尽管有人预言世界末日要来了，但是精心准备以及在金融机构、政府机关和工业计算机用户上的大量的工作没有让千年虫问题带来灾难。
2001-2003 年
工业以太网开始流行
2001年随着ProfiNet和Ethernet/IP 的出现，工业以太网标准开始流行。2003 年制定了EtherNetPowerlink 和EtherCAT 标准。
多核处理器
AMD公司的Opteron和Intel公司的Core Duo 多核处理器可以用于包括工业自动化系统在内的嵌入式应用系统。
ARC: http://designnews.com.cn/0703-629.aspx。
B&R I
Bosch Rexroth: http://designnews.com.cn/0703-631.aspx。
Numatics: http://designnews.com.cn/0703-632.aspx。
Siemens Energy & Automation: http://designnews.com.cn/0703-633.aspx。
