分发智能I/O设备，实现有效控制
Fritjof Capra在《生命之网》中说，系统理论需要通过研究整体来了解部分之间的相互联系，而不仅仅是笛卡尔式的部分研究。“最终，正如量子物理学所戏剧性地证明的那样，根本就没有部件。我们所说的部分只是一个不可分割的关系网络中的一个模式。
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弗里乔夫·卡普拉说，系统理论需要研究整体，以了解各部分之间的相互联系生命之网，而不仅仅是笛卡尔式的零件研究。“最终，正如量子物理学戏剧性地证明的那样，根本就没有部件。他说:“我们所说的部分只是一个不可分割的关系网络中的一个模式。”
这种思想直接适用于控制体系结构的发展概念。进化
由集中控制器和机架的本地I/O模块组成;
通过远程I/O机架和分布式I/O模块;
对于各种类型的分布式智能来说…意味着工厂或过程中不断增长的控制关系网络。
技术上的几项进步使这成为可能。一个是为工业应用设计的高速网络的出现。另一个结果是微处理器和电路板封装技术的进步，使更小的封装具有更大的处理能力。还有一个是编程软件。
臭名昭著的“现场总线之战”正逐渐演变成一个可互操作的网络的网络。大多数网络现在都是开放标准，其中一些最初是由公司倡导的。工业网络似乎正在诸如Profibus、DeviceNet、ControlNet、FOUNDATION现场总线、Interbus以及三菱电机自动化(Vernon Hills, Ill.)推出的最新开放网络CC-Link等网络上建立起来。古老的Modbus仍然被广泛使用。
以太网赢得战争
其中的不确定因素是以太网。有几家公司已经有了以太网I/O产品，未来还会有更多。基于TCP/IP的Modbus被许多人使用。基金会现场总线HSE是基于以太网技术的。DeviceNet和ControlNet包含一个称为CIP的协议，它允许通过以太网TCP/IP进行通信。Profibus贸易组织已经宣布了能够使Profibus与以太网协同工作的技术。寻找连接到以太网的I/ o级网络的工厂网络，后者有时用于控制和信息。
seallevel Systems公司总裁兼首席执行官Thomas O ' hanlan为以太网提供了支持，“目前的行业预测是以太网产品在未来四年内增长四倍。我们正在积极寻求这一领域的产品开发。
微处理器的进步，加上价格的下降和内存的增加，大大提高了供应商在小型设备上添加智能、联网和控制的能力。首先在I/O模块中进行PID控制，然后是运动。
正如罗克韦尔自动化(Mayfield Heights, O.)的分布式I/O产品营销经理John Weisenberger所说，“我们把网络处理放在I/O设备上，发现还有很多马力剩余。本地处理增加了响应时间和在网络或主控制器故障时本地默认控制的能力。
至于智能和网络的另一个优势，可以看看DVT公司的视觉传感器。它的诊断/应用程序共享软件允许工程师在实际过程中进行更改，添加信息或对设备进行故障排除。
编程的进步
梯形图中强大的功能块使工程师可以相当容易地设置pid或运动控制。网络支持，包括以太网的TCP/IP，现在通常是内置的。因此，软件对硬件进步的支持使得所有技术都可用。
这种控制网络对控制体系结构具体意味着什么?Opto 22(加利福尼亚州Temecula)的技术营销总监Benson Hougland表示，如今典型的I/O架构涉及的层太多了。他认为，这会导致过多的中间件，从而导致更高的成本、不可靠的性能、维护许多不同组件的困难以及数据交付的延迟。
houghland先生提出了一种I/O系统解决方案，它可以与架构中的所有企业设备、系统和数据库进行本地通信。这些设备将使用标准技术，如用于数据传输的XML、用于网络管理的SNMP、用于电子邮件的SMTP等。
除了数据管理之外，分布式智能还有其他好处。那么控制系统本身呢?在当今困难的制造环境下，控制工程师承受着比平时更大的压力，要从系统中榨取更多的生产力。
GE发那科自动化公司高级副总裁Vince Tullo建议:“正确的I/O系统可以提高系统速度，提高可靠性，降低成本。特别是，工程师需要考虑响应时间、诊断、冗余、可伸缩性和模块化。
当需要快速反应时间时，远离中央CPU的智能I/O产品提供了优势。消除了一个CPU和两个I/O总线扫描时间。通常，如果系统设计正确，工程师可能会发现通过分配处理，对CPU和I/O总线的速度要求降低，从而降低系统成本和复杂性。
控制体系结构的发展
Advantech Automation(辛辛那提，O.)的产品经理Mike Berryman解释了(在本文附带的图表中)控制体系结构的演变。具有内置I/O点、web服务器和显示器的嵌入式控制器可以取代以前在系统构建中所需的许多部件。这降低了复杂性和成本。
这些新系统固有的可伸缩性是一个至关重要的优势。使用并行布线和安装在机架上的I/O模块，添加到系统中可能会很昂贵。如果像经常发生的那样，PLC机箱中的所有空闲机架空间都被使用了，那么添加更多的I/O模块几乎是不可能的。
NetSilicon (Waltham, Mass.)的首席技术官Bill Peisel说，这种改进的可扩展性意味着几乎总是可以添加更多的远程I/O点。“此外，”他补充说，“工程师可以更容易地改变设备的功能。这有点像结构化编程。每个设备都有它的功能，你只需要知道这个功能就可以做出改变。你不需要了解整个系统。”
分布式智能和控制也可以扩展到现场设备。Cutler-Hammer/Eaton的产品经理Rich Harwell指出:“虽然智能操作界面已经根深蒂固，但其他类型的设备也在上演类似的故事。以前通过几个I/O点连接到“启动/停止”和“检查运行位”的电机控制设备现在可以直接连接到控制器。这样就可以交换更丰富的信息，例如卡塞和失速检测、三相电流值、详细的故障代码和热工作条件。”
诊断功能
欧姆龙电子I/O产品营销经理Bill Arnold表示:“通过为分布式I/O模块增加更强的诊断能力，我们现在可以检测故障传感器、断线和短路。关键是要延长正常运行时间，方便故障排除。”
在过去关于“开放”与“专有”控制解决方案的辩论中，开放的支持者鼓吹给客户配置最适合其应用的系统类型的权力。针对这一讨论，美国国家仪器公司网络组经理Chris LeBlanc指出，“我们的I/O系统解决方案中的实时控制使创建客户定义的嵌入式控制器成为可能，用于离散、模拟、PID、模糊逻辑或其他网络或独立操作的应用。”
从前线的角度来看，entrelc东部地区自动化工程师埃里克•比斯(Eric Biss)表示:“模块化节点设计使制造车间测试更加简化。在客户希望真正独立于品牌的情况下，智能现场总线节点可以由上层基于pc的系统托管。
分布式智能将走向何方?
Paul Ruland, AutomationDirect.com(卡明，乔治亚州)PLC和I/O产品经理表示:“在运动控制领域，分布式I/O节点对专业模块的需求增加最为显著。微处理器的进步和对Flash ROM的接受使得高速计数器模块可以被设计成微型协处理器，对分布式I/O网络扫描进行异步操作。
Phoenix Contact公司自动化系统总监Dave Skelton说:“智能I/O模块的最新增加与安全和气动有关。增加的安全功能提供了内置在I/O模块中的四类安全继电器，以简化布线。增加气动系统减少了连接阀门的需要，而不需要增加额外的管道。”
传感器智能
西门子能源与自动化公司网络和分布式I/O产品营销经理Richard Russell预测，“总的方向是，我们将分布式I/O视为嵌入式传感器智能的进化门户。因此，我们认为进一步嵌入功能的空间是无限的。”
威斯康辛州日耳曼敦Wago Corp.高级电子产品技术经理查尔斯·库克(Charles Cook)说:“因此，没有人会觉得所有这些讨论都是理论上的，客户已经将我们的I/O系统添加到一个基于个人电脑的系统中，应用程序是用微软Visual Basic编写的。”他们所需要的只是一个动态链接库文件来创建以太网链接。
最后一个网络方案仍有待无线讨论。有几种相互竞争的无线方法，从蓝牙到以太网802.11再到WAP(用于移动电话)。使用这些技术的产品正在出现。
罗克韦尔自动化的架构副总裁肯•霍尔(Ken Hall)报告说，罗克韦尔已经选定了无线以太网802.11，因为“大多数问题都可以用这项技术解决”。人们用它做的第一件事就是编程，因为他们对软件很熟悉。第二个应用是移动运营商界面。还有待确定的是，人们是否会从无线数据收集转向实际控制。现在很少有人这么做了，所以这很少见。”
无线网络
通用电气思科(GE Cisco)技术总监菲尔•丹纳(Phil Danner)指出，有了无线网络，用户可以在不失去网络连接的情况下在设施内自由活动。此外，电缆的安装和维护成本高，耗时长。最后，有线系统很难跟上新增、移动和变化。”
施耐德电气自动化公司(North Andover, Mass.)的业务开发运营经理Michael Sullivan预计，WAP技术将通过使用手机进行警报检查和诊断。
如果你现在还没有采用分布式智能，那么你的未来肯定会采用分布式智能。它将如何使用?只要把你的自动化系统想象成一张关系网。在整个web的上下文中定义每个关系。现在走吧，给你的生产力充电。
市场研究预测I/O产品增长
分析公司Venture Development Corp. (VDC)发布了一份题为《工业分布式/远程I/O的全球市场和用户需求，第二版》的报告。该研究提供了与分布式控制系统(dcs)、基于pc的控制系统和可编程逻辑控制器(PLC)系统一起使用的分布式/远程I/O产品的市场规模、细分和预测。作者调查了用户在硬件和相关软件方面的需求。
该研究发现，2000年这些分布式/远程I/O产品的全球总出货量约为22亿美元。按控制器类型分段时，结果为:
PLC) ................系统的46.3%
dcs ............................40.5%
基于pc的系统……13.2%
VDC预计这些产品的全球市场将以6.6%的复合年增长率(CAGR)增长，从2000年的22亿美元增长到2005年的30多亿美元。VDC审查了用户的计划，其中包括oem、系统集成商、最终用户和其他用户，根据控制器应用类型进行未来购买。按控制器类型划分的CAGR结果如下:
PLC) .................系统的5.9%
dcs .............................4.0%
基于pc的系统……15.0%。
DCS解决方案产生于重加工工业的需求。根据研究，在这种需要数千个I/O点的应用中，dcs可能仍然是首选的选择，但并非没有来自其他控制器的竞争。作者发现PLC供应商正在入侵过程控制市场，并且几乎做了DCS所能做的一切，但可能在冗余方面存在弱点。一个重要的趋势是使用“混合”控制，将plc并入dcs。
该研究的结论是，控制系统越复杂，基于pc的控制系统就越可行。PC技术的灵活性使其在产品、市场和时间框架上表现出更大的波动，而其固有的网络连接是一个关键的卖点。
作者还研究了用于连接这些I/O设备的网络类型。越来越多的公司正在实施或评估以太网作为最佳可用解决方案。2000年，以太网接口产品的销售额为2.46亿美元，约占总销售额的11%。该报告预计，2005年这些产品的销售额将达到8.02亿美元，约占总销售额的26%，约占该研究五年期间产品总增幅的67%。
该报告警告说，开发适合工业环境的新一代以太网设备对于以太网产品实现预期增长至关重要。
部署无线以太网
毫无疑问，实现智能I/O设备的无线连接可以解决制造和SCADA应用中的许多问题。例如，旋转设备内部的连接很难安装，而且往往不可靠。将线路连接到远程点可能会非常昂贵，特别是在物理工厂的变化需要额外或更改I/O设备的情况下。
尽管存在几种方法和标准，但许多制造商都选择了无线以太网IEEE 802.11b。该标准旨在促进与办公室局域网的互操作性。它定义了寻址协议和无线协议，目的是促进互操作性。
在实现第一个无线以太网系统时，控制工程师需要考虑什么?Iotech(俄亥俄州克利夫兰市)的业务开发经理罗恩•查佩克分享了一些见解。
他说，第一步是确定要传输多少数据以及传输速度必须有多快。此外，还必须了解可以容忍的延迟量。第一个信息将确定所需的吞吐量。延迟将决定一次可以发送多少数据。
一旦工程师确定了这些数据，优选的设备就可以被淘汰。查佩克提醒说，更高的吞吐量需要更高的无线数据速率，这会导致接收器灵敏度降低，从而导致更短的传输距离。这可能会影响系统成本。
接下来，设计师必须确定体系结构。要连接的远程设备的数量将决定是运行一个点对多点的网络，多个点对点的链接，还是某种组合。
最后，考虑设备的位置。工厂设备的位置将决定远程无线设备的大致位置，而最近的有线网络点将控制基础无线设备。根据经验，所有设备的天线都应放置在尽可能高的地方，而不应放置在障碍物后面。虽然2.4 GHz被认为是视距频带，但在工厂中，通常有足够的表面来反射信号，以提供无视距通信。
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