现场总线
如果您仍然使用点对点布线连接设备和控制器，那么是时候看看可用的现场总线网络选项之一了。适当的选择将节省现在和以后的钱。
在工厂自动化方面，有很多总线可供选择。总线只是网络协议，所以不要让最初看起来令人困惑的选项数组阻止您选择一个或几个。不要只是因为你一直在做点对点布线就安装点对点布线。使用公共汽车有很多好处。这里的福利是指省钱。
让我们看一看一些总线协议，并提供一些如何做出正确选择的指导。
工业以太网是目前最重要的网络协议，这是正确的，但也有一些地方它不太适合。例如，将限位开关连接到工业以太网是没有意义的。但是，今天一个新的自动化项目应该从工业以太网开始，然后根据需要在较低级别添加适当的现场总线和传感器/执行器网络。
什么是工业以太网?
工业以太网利用了商业以太网，增加了速度、确定性和坚固性。在非危险区域，工业以太网经常取代旧的串行现场总线。如果你想到一个典型的办公环境，电子邮件可以在几秒钟甚至几分钟内送达，但是关闭工厂传送带的命令最好在几毫秒内送达，否则产品可能会堆在地板上。在工厂世界中，除了速度之外，命令还需要在可重复的时间范围内交付，这就是确定性。从本地电脑零售商那里买的以太网交换机可能可以用电来满足工业以太网的要求，但它不太可能坚固到足以在工厂地板上炎热、潮湿、油腻的环境中生存。
目前最常用的工业以太网协议是Profinet、Ethernet /IP、EtherCAT和Modbus TCP。最近的一项市场调查显示，Profinet、EtherNet/IP和其他产品的安装基础大约各占三分之一。
什么是现场总线?
一般有三种设备级网络，离散和过程现场总线，以及传感器/执行器网络。这种划分是基于它们与之通信的设备类型和它们携带的数据类型。这三种类型通常将一组设备连接到单个控制器或更高的网络。它们都在控制器和设备之间提供数字、串行、双向、多点通信链路。
离散
离散现场总线将数字I/O连接到控制器。对于北美的工厂(离散制造)应用，Profibus DP和DeviceNet是两个最受欢迎的选择。其他选择包括Interbus和CC-Link lt。离散现场总线与设备通信，如:
•电机控制器;
•vfd;
•编码器;
•工艺仪表;
•机器视觉设备;和
•其他产生复杂数据的设备。
这些设备通常由外部供电，但DeviceNet也可以携带电源。
过程
过程现场总线用于与过程仪表和执行器通信。最常见的两种是Profibus PA和基金会现场总线(FF)。过程现场总线的部署开始于炼油厂和化工厂，那里通常有大量的设备，但采用已经扩展到更多的领域，如水处理和制药制造。
具有现场总线连接的过程设备包括:
•流量计;
•压力传感器;
•液位传感器;
•控制阀;和
•温度传感器。
两种过程现场总线都为设备供电，设计用于在危险环境中安全运行。在可能发生火灾或爆炸的情况下，这是一个主要优势。
过程现场总线和离散现场总线的相似之处在于它们可以携带相同类型的数据。事实上，在一些工厂中，离散现场总线网络可能与过程仪表一起使用，但这需要外部电源。
传感器/致动器
传感器/执行器总线设计用于使用开或关的简单设备。最流行的传感器/执行器总线是as接口(AS-i为执行器/传感器接口)。它通常通过两线电缆连接简单的I/O设备，同时还提供设备电源。典型的AS-i设备包括:
•限位开关;
•接近开关;
开/关阀门;和
•按钮。
AS-i支持行、星形和树形布线拓扑。由于其低通信开销，AS-i非常适合这个应用程序的低数据需求。
一项名为IO-Link的新技术出现了。虽然不是总线，但它将数字通信叠加在离散的IO布线上。IO-Link特别适用于智能传感器和执行器。它也可以通过网关或代理连接到现场总线或工业以太网。
设备和控制器
单个自动化设备的复杂性有助于确定将其连接到的适当总线。简单的设备连接到传感器/执行器总线;更复杂的设备连接到现场总线或工业以太网。
例如，如果您正在考虑一个应用程序，并试图确定使用哪种总线，那么您应该首先查看设备和数据的类型:必须确定工件是否位于输送机上的正确位置的接近传感器可能与传感器/执行器总线一起工作。如果传感器必须说它有多远，你将需要一个离散的现场总线。同样的想法也适用于压力测量装置。当压缩空气管线低于80psi时触发的开关适用于AS-i。但是，如果您必须始终知道压力是什么，那么过程现场总线可能是更好的选择。
工业自动化中流行的任何类型的控制器通常可与现场总线和工业以太网连接。DCS(分布式控制系统)通常用于过程应用。plc(可编程逻辑控制器)最初用于工厂自动化的开/关输出，但越来越多地用于涵盖离散和过程功能的应用。PACs(可编程自动化控制器)结合了基于pc和PLC的功能。执行器/传感器总线通常通过网关或代理连接到更高级别的总线，而不是直接连接到控制器。
选择公交车
一旦确定了工业以太网是最佳选择的级别，就该开始尝试选择适当的总线协议了。如果您正在考虑一个相对较大的部署，那么答案可能不止一个。
首先要考虑的是在给定的网络上需要哪些设备。您将需要了解不同供应商提供了哪些与该类型总线通信的设备。例如，如果您想在FF段上使用流量计，则必须确保要使用的流量计与该类型的连接可用。供应商不一定为每台设备提供每一种连接选项。有些供应商偏爱一种现场总线。
如果您考虑的设备范围很广，例如您可能要安装化工厂的生产单元，那么您的过程仪表可能在FF网络上，而驱动泵的电机控制器则在Profibus DP上。不要认为所有的东西都必须出现在一种平台上。
类似地，在离散生产线上，编码器和机器视觉设备可以连接到DeviceNet，但限位开关可以通过AS-i进行通信。为应用程序使用适当的网络。
互操作性
你不能只是连接一根电线，让设备进行通信;它们必须嵌入网络协议。这意味着，如果您想将轴编码器连接到Profibus DP或将压力变送器连接到FF，则设备必须为此目的进行配置并提供连接。此外，协议在不同的网络之间是不同的。所以你不能将Profibus PA发射器连接到FF控制器卡上——这是行不通的，即使两者共享相同的总线物理(比如消息大小和速度)。当用户希望在现有安装中使用遗留设备和点到点布线时，此特性是一个主要问题。
公共汽车的好处
这篇文章的开头承诺了省钱的好处。这么复杂的东西，怎么可能?在自动化项目的每个阶段，使用一个或多个总线可以帮助降低成本。
在设计阶段，总线配置工具简化了工程和文档。许多配置工具都理所当然地提供文档。布线的减少本质上简化了图纸和材料清单。由于这种减少，安装本身也更快了。
基于总线的系统调试利用通用和专用工具来加速启动。诊断工具可以查明接线错误和不正确的终止。对于所有总线类型，一个优势是集中访问。配置和测试可以从中央控制站完成，无需使用手持配置器、信号注入器和万用表遍历工厂地板。
在运行过程中，调试的许多好处都适用。此外，许多设备提供资产管理信息。例如，基于现场总线的阀门执行器知道它经历了多少个周期，这些信息可以让维护人员在达到临界值时做出响应，而不是按照低效的时间计划进行操作。有些协议可以非常明确地查明故障。例如，I/O设备3，模块4，通道1上的数字输入线断了。
当然，这并不全是甜蜜和光明。使用这些公共汽车有一些缺点。使用它们并不难，但这不是您的员工所习惯的。培训是绝对推荐的，而且有很多机会。基于web的免费一日培训课程、认证培训和现场安装/维护人员培训可从自动化提供商、网络联盟和第三方获得。
电线、导管、端子、端子条、外壳和相关劳动力的减少很容易量化，但可能是节省的最小部分。在调试过程中，故障排除工具和技术可以缩短启动时间，从而节省更多成本。最大的节省将出现在操作和维护期间，改进的诊断将缩短停机时间。不幸的是，这是最难量化的。
没有理由被广泛的公共汽车选择吓倒。工业以太网、现场总线和传感器/执行器网络在工业自动化体系结构层次结构中都有自己的位置。您可以从您首选的自动化供应商和支持各种总线的独立组织获得建议和培训。培训有多种来源——有些是免费的，有些是基于网络的。将每个类别中的选择与您需要的功能清单进行比较，然后从一个小项目或改造开始，以了解总线的工作原理。没有什么可以代替做工程并看到结果。
卡尔·亨宁是PI北美副主任。他拥有电气工程学位，是IEEE的高级成员。
www.allthingsprofinet.com
www.as-interface.com
www.cclinkamerica.org
www.fieldbus.org
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