实施工业网络

网络年

网络和通信

现场总线

设备级网络

Sensor-level网络

侧栏:如何选择工业网络现场总线帮助油田盈利如何实现数字工业网络了解基金会现场总线配置难点:工业传输网络需要硬化的电缆，连接器

成功的实现是任何项目的关键，对于安装工业网络(现场级、传感器级或设备级总线)来说更是如此。

网络实现失败的讽刺不会在参与者身上消失:通信网络应该增加和改善信息流，并最大化可用资产、人力和资本。

在实施时，网络用户已经收集了几个关键领域的信息。

选择使用工业网络可能是最简单的决定。使用现场级、传感器级和/或设备级总线进行自动化或过程控制的好处很多(见下文)。

在50多个选择中选择一个工业网络更为困难——此时，很少有设备可以互操作或在多个网络上工作。在可预见的未来，应用程序的复杂性以及行业和区域偏好使得在工厂内使用单一网络变得不太可能，更不用说在世界范围内了。拥有更多安装基础的网络通常以更低的成本拥有更多可用设备，但选择标准很多。(参见“如何选择网络”。)

实现工业网络——选择拓扑和设备、培训、安装、设备标记、启动和运行软件以及维护——可能对最热心的网络支持者构成挑战。有些网络比其他的更容易合作;对于大多数用户来说，网络越“透明”，配置或重新配置的过程越自动化，就越好。

产业网络效益

工业网络的好处已得到充分证明。根据Venture Development Corp. (Natick, Mass.)最近的一项研究，“包含设备/传感器总线的美国工业自动化产品市场……”，确定的优势是:

减少布线和安装劳动;

快速的吞吐量;

易于扩展的灵活性;

良好的诊断;

使用简单;

大数据能力;

安装、投入使用方便;

高可靠性和鲁棒性;

强大的供应商支持;和

开放。

被提到的弱点涵盖了一些相同的话题，表明所有的网络和用户的看法是不平等的。该报告提供了As-I、DeviceNet、Interbus、LonWorks、Profibus、DP、SDS和Seriplex的相关信息。

实现进行

在现场一级，与设备和传感器网络一样，用户正在执行通信。

Relcom (Forest Grove, Ore.)现场总线产品工程师Ferrous Steinka对基金会现场总线31.25 kbit/s H1网络协议(基于ISA SP50/IEC 1158标准化工作)产生了“实质性”兴趣。

“在过去的四个月里，我们现场总线连接模块的销售额每个月都在翻倍，”Steinka先生在6月份指出。Relcom“与现场总线基金会的合作是测试现场总线布线，对现场总线设备的‘物理层’进行一致性测试，帮助现场总线演示的电线贸易展，等等”，而不是网络协议或设备。

Relcom广受欢迎的“现场总线布线和安装指南”，根据应用程序提供了有关布线的实用建议(图表)，显示了全垒打和鸡脚之间的区别。

施泰因卡说，实际应用表明，FF的布线规格比较保守。“[基金会]现场总线的潜在用户会有兴趣知道现场总线布线上的信令非常健壮。可以跨越的距离和主电缆的支线长度是现场总线标准中规定的几倍。(另见ARCO实施说明。)

随着用户对连接和维护组成其业务的人员、资产和信息的需求越来越大，工业网络将继续获得市场的认可。

工业网络采样

网络
介绍了
拓扑结构
数据传输大小
速度
原创技术开发者*
免费信息

*大多数工业网络现在是通过团体或联盟来管理/指导的。工业通信技术的实现因传输机制、物理特性、性能、适用标准、“开放性”和其他参数而有很大差异。这一信息摘自1998年3月伊利诺斯州格罗夫市协同微系统公司的一份18栏比较报告。来源:协同微系统

就像我
93年秋天的
巴士，环，树，星，或所有
31个奴隶，4进4出
167 kbps
财团
252

CANopen
92年
干线或下线
8字节可变消息
1mbps, 500kbps, 250kbps, 125kbps
飞利浦/中央情报局
253

ControlNet
97年
干线，树，星
510个字节
5 Mbps
艾伦-布拉德利
254

设备网
3/94
带分支的干线或支路
8字节可变消息传递
500kbps, 250kbps, 125kbps
艾伦-布拉德利
255

现场总线基金会
95年
多滴与总线供电设备
16.6 M对象/设备
31.25 kbps, 1 Mbps, 2.5 Mbps
财团
256

IEC/ISA SP50现场总线
92 - 96
星号还是巴士
64字节高优先级，256字节低优先级
31.25 kbps + 1,2.6, 5 Mbps
委员会/财团
257

旁路母线
84年
以“T”开头
512字节每秒，无限块
500kbits /s，全双工
财团
258

LonWorks
3/91
巴士，环形，环形，星形
228个字节
1.25Mbps全双工
雁行集团。
259

现场总线
DP - 94;PA - 95
线，星，环
244个字节
DP高达12mbps;PA 31.25 kbps
西门子的财团
260

SDS
1/94
干线或下线
8字节可变消息传递
1Mbps, 500kbps, 250kbps, 125kbps
霍尼韦尔
261

如何选择工业网络

本文在《控制工程年网络》系列文章中，介绍了选择网络后的过程。在50个或更多的工业网络中进行选择可能是一个挑战。行业和特定应用的忠诚度在每次工业网络网络讨论之前、期间和之后都会出现。

有关帮助选择工业网络的更多信息，请访问

使用左侧栏上的“搜索过去问题”功能搜索工业网络。

使用左侧栏的“讨论”功能。

使用左侧栏的“新产品”功能。

通过使用顶部栏上的“搜索”功能搜索制造业市场信息的更深层次数据库。

搜寻广告产品网址:

在这篇文章中使用圆圈数字。

去

要使用系统集成商来实现工业网络，请参阅《控制工程》1998年6月关于寻找和使用系统集成商的两部分封面故事。

来源:Control Engineering

现场总线有助于油田盈利

技术通常会提高盈利能力，但ARCO(位于加州洛杉矶的Atlantic Richfield Co.)正在利用数字工业网络技术从冻结资产中获取利润。

阿拉斯加州ARCO公司的西萨克一期北坡项目——靠近该州北极海岸的哈里森湾(见地图)——偶尔会看到70华氏8度的夏日，但却有严酷的冬季，终日黑暗。

车辆要在北极圈以北100英里处运行，整个冬天都要运行;在项目启动之前，12月份的气温低至45华氏度;风寒降到零下70度。

温暖的20华氏度

“在温暖的日子里，气温高达20华氏度，”ARCO阿拉斯加库帕鲁克网站的工程师、技术协调员杜安·托夫斯说。“我们需要可靠性和适合非正常载人操作的设计，使我们能够识别和处理问题。在ARCO工作了18年的Toavs先生说:“与以前的应用相比，我们需要降低30%的开发成本。”

West Sak是一个较大的、相对较浅的粘性油藏，覆盖了arco运营的Kuparuk大型油田的大部分地区，允许使用附近现有的生产线和加工中心。他解释说，尽管当地的石油储量估计超过150亿桶，但每口井的开发成本必须降低。

ARCO评估了五种现场网络技术;现场总线基金会(FF, Austin, Tex)的31.25 mbit/s H1是在该现场应用中无需有源组件即可工作的选择之一。

Toavs先生还喜欢FF的远程监控、诊断和强化的现场组件。数字技术减少了布线，并将控制分配到井口，每四口井只需使用一根电缆。实验室测试证实，9米的骨刺长度可以可靠地工作，远远超过规范中的保守建议。

结果包括控制室空间减少70%;裁员减少84%;减少98%的布线;减少90%的系统配置。除了削减成本之外，尽管条件恶劣，“这些削减措施使项目可以在8个月内启动，而不是通常的18个月，”托夫斯说。

“风刮得很大，一天之内，雪就把封闭的NEMA 4接线盒完全塞满了，这个接线盒没有一直拧紧螺丝。使用另一个系统，我们会有类似plc的组件;使用FF后，Relcom现场总线直连区块和Phoenix Contact区块均未出现故障。”

项目中使用的其他与fff兼容的设备包括艾默生电气El-O-Matic ELQ电动阀门执行器、Rosemount Model 3051压力变送器、Fisher-Rosemount Systems DeltaV过程自动化系统、Micro Motion Coriolis流量计和Fisher Controls FieldVue阀门控制器。

“这种与传统技术的背离使这个项目成为一个有利可图的项目。认识到设备越少越好，这是对我们一贯做事方式的真正背离——要改变20年的习惯并不总是那么容易，”Toavs先生承认。

项目发展

应用程序将会增长。1997年12月26日，第一阶段的产量为200桶/天，第一批石油来自一家生产商;预计到1999年初将有50口井(包括生产井和注入井)，总产量为7000桶/天。第二阶段将增加500口井，到2007年日产量将达到7万桶。West Sak将有助于抵消北坡产量的预期下降，这促使ARCO的口号是:“99年后不会下降。”

对于West Sak来说，较低的开发和运营成本是使项目盈利的关键。

阿拉斯加州石油公司是该州第二大石油生产商。它经营着阿拉斯加北坡普拉德霍湾油田的东半部，这是美国最大的油田，以及该州第二和第三大油田——库帕鲁克河和麦金太尔角地区。这些油田的最终采收率预计将超过160亿桶。

如何实现数字化工业网络

实现工业网络时的关键考虑因素包括网络“行为”、配置和支持。与两个网络相关的代表——Phoenix Contact(宾夕法尼亚州哈里斯堡)Interbus集团董事mark Knebush和Open DeviceNet供应商协会(ODVA，佛罗里达州珊瑚泉)执行董事Bill Moss提供了见解。

网络将如何运行?

ODVA:互操作性是大多数网络协议吹捧的一个优点。这个词意味着网络兼容产品将无缝地协同工作。即便如此，终端用户经常花费宝贵的时间来连接为同一网络设计的产品。最终用户希望产品能够互操作，但是并不是所有的网络都有测试来确保产品符合规范。为了表明DeviceNet的一致性，ODVA最近公布了一个认证标志，要求通过在独立的、经过认证的ODVA实验室进行的10,000多个物理层、软件和互操作性测试。

Interbus:为了使网络按照广告的方式运行，用户需要知道在单个芯片或芯片组中包含了多少协议。Interbus对从设备和主设备有一个简单的标准实现。您还应该知道网络对常见安装问题(如电缆短路，电缆打开和EMI(电磁干扰)噪声)的健壮性。Interbus拓扑的性质允许识别出存在问题的确切节点。Interbus标榜速度和诊断能力。Phoenix Contact是网络性能的幕后推手。

这个网络实现起来有多容易?

Interbus:所有设备连接后，网络将自动配置。不需要拨码开关设置或特殊配置软件。最常用的布线方案是DV9。

ODVA:网络配置软件工具(多家供应商提供)可帮助用户及时实现网络。

为某些网络配置产品就像为每个产品分配一个地址一样简单，将产品插入tap端口，然后按照软件的点按说明进行特定配置。最近的一个专家小组，每个人都有三个或更多总线网络的经验，从用户的角度来看，DeviceNet是最容易配置的网络。ODVA网站发布了一些关于如何安装和实现DeviceNet网络的教程。

问:在开放的网络中，谁提供支持?

ODVA: ODVA召集了12位DeviceNet专家，通过电子邮件给“DeviceNet博士”atodva@powerinternet.com回答技术问题——通常在48小时之内。通讯和网站也提供支持。

Interbus: Interbus俱乐部建议在使用Interbus固有的诊断功能确定问题是在网络还是在设备之后，联系技术发起者寻求技术支持。Phoenix Contact提供24小时Interbus技术支持热线。

了解基金会现场总线配置

基金会现场总线，定义为ISA标准50.02,H1低功耗信令的一部分，是一个过程控制网络，用于互连传感器，执行器和控制设备。虽然每个网络都有自己的属性和需求，但许多术语和概念是相似的。

许多常见配置之一

现场总线上

衰减:信号在电缆上传播时变得越来越小。

位单元:一个位所占用的时间长度，H1为32微秒，或31.25 kbit/秒，现场总线。

鸡脚或鸭脚:在现场接线盒上连接现场设备的通用端子排。

雏菊链式:许多装置沿本垒打电缆以马刺连接的布线方法。

结束分隔符:用来表示帧结束的位序列。

全垒打:连接控制室设备和现场设备的双绞线。

屏障:用来保持电压、电流和电线低于能点燃大气的水平的装置。

启动电压:现场总线设备开始工作的初始电压。

反射:由于电缆故障或不正确的终端而产生的不需要的信号。

中继器:如果距离超过允许的范围，将信号增强到另一段的设备。

分段:与其他部分电独立的网络部分。

终止器:在电线末端吸收信号的装置。

资料来源:现场总线布线和安装指南由Relcom公司，森林格罗夫，俄勒冈州。

硬材料:工业传输网络需要硬化电缆、连接器

网络已经成为建筑、办公室和工厂信息交换和控制的骨干。硅和软件一直在推动比特和字节之间的距离越来越近。传输介质——特别是电缆和连接器——正变得明显不同，因为应用程序推动竞争对手设计使用工程材料的产品，以应对特定的工厂挑战，例如:

机器人的持续高速电缆弯曲;

c型轨道的不断弯曲和磨损;

焊接热渣;

机床切削液;

处理化学腐蚀性蒸汽，冷凝，极端温度;

洁净室低排放塑料;和

PCB线的化学腐蚀性洗涤。

电缆的关键是外护套。它为承载数据的内导体提供化学、温度和磨损保护。在为电缆选择外护套时，始终优先考虑以下几点:

安全:大多数工业电缆是由他们的火焰，电压和温度额定值。请参考当地政府法规确定电缆要求。

可靠性:电缆的可靠性受其在操作过程中暴露于化学品、极端温度、磨损和弯曲的影响。温度和化学物质浓度的结合决定了每个夹套材料的性能。电缆制造商可以提供图表，详细说明用于电缆护套材料和连接器连接螺母的材料的电阻。测试可以帮助确保性能。大多数工业电缆的温度等级- 40至808c。这适用于大多数室内工厂和室外环境。更高温度的夹克正在开发，以适应更极端的温度。坚固的外护套，包括热塑性弹性体，加上耐磨弹性剂，可用于持续弯曲和与机器部件接触的应用。外夹克与松紧剂添加的设计，以承受不断弯曲的应用。

成本:电缆的成本随外护套的结构而变化。工程塑料材料通常更昂贵。此外，含有添加剂以提高可燃性等级、温度等级和电缆寿命的护套比标准护套更昂贵

连接器是最棘手的工作之一。它必须建立一个积极的连接来传输数据，防止不友好的流体进入，承受长时间的环境，并使电缆承受机械应力。随着未来数据速率的提高，连接器还需要屏蔽导电引脚和套管免受噪音的影响。今天的工业网络运行速度从9600比特/秒到12mbps(每秒百万比特)，各自的波长为31.25公里到25米。在今天的网络速度下，几厘米的非屏蔽传输介质并不重要。

连接或连接连接器到电缆和连接螺母的材料应像电缆护套一样耐化学腐蚀，以防止化学腐蚀。当连接器进入或退出节点、控制器、机柜或连接点时，必须锁存到另一个连接器上。用于工业应用的集成式连接现在正在出现。

大多数工业总线使用以下一种或多种连接器:

9DB, 9针微型D壳连接器;

Micro (dc)或euro，基于M12螺纹的2至6针连接器;(外径约14mm的联结螺母);和

Mini，一个2到7针的连接器，基于7/8英寸。迪亚。桶。

这三种连接器在工业标准中有很好的定义。这些连接器的一些变体的日常使用估计从迷你的50,000到9DB的250,000，微型dc介于两者之间。工业市场的这种共性创造了广泛的材料选择，有竞争力的价格和制造质量的变化。

正电连接保持数据传输所需的低接触电阻。别针和套筒是铜制的，应该镀金。引脚和插座对中依赖于非导电载体，以允许引脚或插座浮动。载体材料的灵活性允许引脚和/或插座移动和对齐。

未来的材料

随着食品、饮料、制药和化学加工使用更多的网络，我们将看到更多种类的电缆护套材料和连接器中使用的材料组合。这些特殊材料将使网络即使在控制最关键的最恶劣环境中也能提供好处。然后，所有用户都可以从当今许多工业应用中实现的经济，先进的诊断和快速启动中受益。

有关电缆安装技巧，请参见“新闻”。

Bob Svacina和Ann Feitel是位于明尼苏达州普利茅斯的InterlinkBT有限责任公司的成员。，为所有大型开放式工业网络提供总线组件的供应商。

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