通过以太网实现工业物联网的优势

制造业正在经历一场革命，先进的通信技术、大数据和自动化创新融合在一起，创造出更敏捷、更高效的运营。工业4.0愿景的核心是通信网络，它连接整个企业:工厂车间、后台和远程位置，以创建一个单一的、无缝的信息共享平台。

为了在生产操作中满足可靠性、安全性和优化正常运行时间的苛刻标准，构建这些网络需要部署更强大的物理层产品和解决方案。工业以太网可以作为应对这一挑战的有效解决方案。

工业以太网设计用于承受工业设施中的恶劣环境。可靠性和性能是必不可少的，了解工业网络的风险和优先级的网络工程师可以更好地为他们的组织做出正确的选择。

在工业环境中最重要的是什么

离散制造是大多数人听到“工业”一词时想到的，但它实际上包括广泛的操作，例如:

• 食品饮料生产
• 化学处理
• 制浆造纸
• 发电和配电网络
• 交通枢纽和网络
• 关键基础设施，如桥梁、水坝和隧道
• 军事基地
• “智能”交通路口
• 水处理设施
• 物理安全系统。

虽然每个行业都是独特的，但这些环境的工业性质具有共同的因素，包括每个通信网络的优先级。今天的工业以太网有三个关键任务要求:

1. 安全:保护人员和流程至关重要。为了实现数据传输的故障安全可靠性和冗余，使安全成为可能，网络组件必须超过危险环境的要求。
2. 正常运行时间:计划外停机在直接和间接方面都是代价高昂的。一项针对汽车行业高管的调查估计，计划外停机的成本为每分钟2.2万美元。达到99.9999%的正常运行时间，确保设施的平稳可靠运行，从防止信号传输问题开始。
3. 控制:设备、机械和控制系统之间不间断的信号流对于未来高度自动化的工厂环境的运作是必要的，几乎没有错误的余地。

除了具有这些共同的优先事项外，所有工业环境都具有危险、极端和无情条件的特征。温度、噪声、振动、腐蚀性化学品、电磁接口和功率波动只是工业通信和控制网络不仅必须承受的一些环境规范，而且还能够在各种条件下提供一致和可靠的性能。

企业以太网与工业以太网:重要的差异

考虑工业通信网络必须运行的环境——以及这些条件对性能和寿命的影响——是理解为什么即使是最好的企业级以太网解决方案也无法胜任这项任务的第一步。例如，极端条件和这些条件对以太网电缆的影响可能包括:

• 极端温度:极度寒冷会使电缆变硬变脆;极端高温会磨损和削弱用于制造电缆的塑料。
• 化学风险:油、溶剂和清洗液等腐蚀性物质会导致电缆护套膨胀并失去强度。
• 紫外线辐射:暴露在阳光下会导致电缆护套更快地分解，从而影响强度和性能。
• 物理危害:机器运动和振动会使电缆受力过大，降低性能，增加对电磁和射频干扰的敏感性。电缆也可能被生产车间的叉车、手推车或其他移动车辆压碎、割伤或刮伤。

评分:测试工作

为了确保网络物理层中使用的产品能够在恶劣的工业操作条件下运行，网络工程师应该确定检查产品测试的结果。需要考虑的环境侵害者包括:

• 磨损
• 冷弯和冲击
• 破碎
• 直通
• 酷热
• 耐油性
• 紫外线照射
• 水浸。

以下认证反映了在工业环境中部署的网络产品的严格法规和评级:

• UL托盘电缆(TC):安装600V电源托盘的基本额定值
• UL CMR-CMX户外:通信电缆的基本和最常见的安全标准
• C(ul) CMG ft-4:这是加拿大最基本和最常见的安全标准
• UL验证Cat 5e/6/6a:电气性能的第三方测试
• UL限电托盘电缆(PLTC):安装300V电源托盘的基本额定值。

为实现商业价值最大化而构建

当通信网络促进价值链中所有利益相关者(生产设施、后台甚至客户)之间的信息流动时，业务就会得到优化。

一个完整的端到端以太网解决方案，能够承受严苛的工业环境，实现实时可见性和灵活性，降低维护和人工成本，并允许更高的物理和虚拟网络安全性。工业设施和企业层面的运营效益包括:

• 更快，成本更低的升级，扩展和更改
• 获取实时数据以改善整体运营
• 更快的安装和远程故障排除
• 实时库存可见性和提高生产能力
• 与企业资源计划(ERP)集成，用于调度，计划，质量跟踪和交付信息。

通过正确的规划和对工业强度以太网基础设施的明智投资，企业在构建工业4.0成功所需的高性能通信网络方面迈出了关键一步。

布莱恩·舒曼是贝尔登工程师中心的高级产品开发工程项目经理。克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程，cvavra@cfemedia.com．

贝尔登是一个相成员。

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