工业以太网集成了机械、机器人

制造商越来越多地使用工业以太网来连接机器或机器人内部的人机界面(HMIs)、控制器、分布式I/O、仪器和传感器，或者连接客户的通信系统，并从客户的站点链接回家庭办公室。

以太网相对于其他网络协议的普遍性和固有优势最终将使许多其他类型的网络相比之下失去竞争力。因此，以太网正迅速成为机器制造商oem及其客户的首选网络。原始设备制造商及其客户对增加连接和信息流的需求正在推动工业以太网的增长，预计在未来五年内每年将实现约10%的增长。对于大多数工业原始设备制造商来说，评估以太网是有意义的。

虽然在工厂车间使用以太网的理由很充分，但不可否认，在与机器和机器人的以太网连接方面仍然存在一些阻力。在本文中，我们将研究一些挑战和解决方案，并为更明智的决策和实施提供指导。

为什么选择以太网?

在商用和办公环境中，计算机和设备的串口正在被带IP地址的以太网端口所取代。同样的趋势在工业领域也很明显，pc、控制器、I/O、电机驱动器、仪器、传感器和其他自动化组件越来越多地包含一个或多个以太网端口。

正如TCP/IP和OSI模型插图所描述的，IP地址位于OSI模型的第3层。虽然以太网是由OSI模型的第1层和第2层正式定义的，但实际上大多数人使用以太网这个术语来包含第1层到第4层，因此包括IP以及TCP/UDP，这就是这里使用的术语。OSI模型的美妙之处在于，当从串行网络升级到以太网时，它允许从第5层到第7层(网络中所有协议和网络管理组件所在的空间)被重用。因此，从基于串行的协议(如Modbus)快速迁移到基于以太网的协议(如Modbus TCP)是可能的，只需付出最小的努力，最重要的是，很少或根本不需要额外的最终用户支持或培训。

具体来说，如果Modbus被用于串行链路上的网络，大多数通信代码和程序将在新的Modbus TCP以太网环境中继续有效。主要的区别在于以更高的速度传输数据的能力。其他好处还包括更广泛地使用带有以太网端口(而不是Modbus端口)的新型自动化组件，以及更容易将这些新组件集成到整个控制和通信网络中。

这种简单集成的基础是在OSI模型的各个层广泛使用和接受的标准。这些标准支持并支持在公共环境中集成来自多个供应商的组件，有效地使创建自定义软件通信代码所需的少量或无需工作即插即用成为可能。即使是当今最简单的生产线也包括各种不同的机器和机器人，这些机器和机器人通常由许多原始设备制造商提供。更复杂的是，大多数机器和机器人都包含许多自动化组件，如HMIs、控制器、电机驱动器、仪器和传感器。如果设计和管理不当，实时控制和业务网络的集成会增加安全风险和漏洞。但是这种风险可以通过适当的策略、程序和网络设计进行管理，这样所得到的系统不仅可以提供快速可靠的网络，而且还可以满足安全需求，并确保在任何时候都保持系统的完整性。

连接提高效率

原始设备制造商能够整合来自整个企业自动化网络的信息(可能还包括原始设备制造商的供应商和客户)，这为所有相关方带来了可衡量的利益。

• 实时库存管理成为可能，为制造设施，其供应链和客户，因为部分和材料使用信息是可用的。
• 食谱和生产订单可以根据需要自动下载和更改。
• 整个企业都可以获得生产信息，通常由配备以太网端口和web服务器功能的自动化组件提供。
• 故障排除变得更加容易，因为不仅可以向制造商提供丰富的状态信息，而且还可以向机器OEM提供。这允许机器和机器人的远程支持，可以由内部和外部专家持续监控。

此外，许多OEM客户和供应商正在通过实施工厂车间信息系统和基于微处理器的技术来获取和自动化关键业务流程，从而追求更智能的系统。

使用标准以太网和公共协议的网络还使装配线上的每台机器能够与生产线上的下一台机器就其状态和利用率进行通信。如果一个或多个装配操作中的每个设备都知道相邻设备的状态，那么就有可能同步机器的输入和输出，从而允许最大限度地使用每台机器并优化整个设施的吞吐量。

因此，如果一台机器遇到某种形式的困难或积压，结果不再是计划外的完全关机和启动，以及相关的费用和生产损失。相反，上游机器的输出可以被转移到平行线上，或者可以减少机器的输出，直到积压被清除。从内部和外部连接中获得这些和其他操作好处的关键是高网络可靠性——这必须从用于构建以太网基础的基础设施组件开始。

健壮的工业以太网

虽然办公以太网与工业以太网具有相同的基于标准的结构，但对网络设备的要求却有很大的不同。由于系统的性能取决于其所基于的物理基础设施，因此工业设置中使用的网络连接组件(电缆、连接器、交换机和其他硬件)必须专门设计以承受恶劣的环境。

商用以太网产品设计用于相对干净和安静的办公环境，关键的网络设备被隔离在数据中心和电信室中。然而，在工厂现场，网络设备可能会暴露在一系列环境危害中，包括高温、高湿度、灰尘、油和化学污染物、机器振动、“脏”电源质量、电压峰值、电磁干扰和射频干扰(EMI/RFI)。只有坚固耐用的工业级组件的设计和制造才能承受这些威胁可能造成的有害影响和损害。

为工业用途设计的自动化和以太网组件很容易获得，但其成本略高于其商业对应物。然而，考虑到计划外停机的巨大财务影响(生产损失、返工、安全损失和可能的机械损坏)，很明显，购买高质量工业级部件的成本越来越高是值得的。这是一项投资，将在多年的服务中获得回报，就高可靠性、最大正常运行时间和卓越的性能而言——这就是为什么工业以太网正在迅速成为现代制造工厂的标准。

- Mike Miclot是百登工业解决方案部门营销副总裁。百登公司为企业、工业和无线网络市场以及专业市场设计和制造信号传输解决方案。由Mark T. Hoske编辑，CFE Media，控制工程, www.globalelove.com

www.belden.com

www.belden.com/industrial

www.globalelove.com/new-products/industrial-networks.html

工业以太网:应用优化-网络广播
2011年10月7日，星期五，东部时间下午2点/东部时间下午1点/太平洋时间上午11点(…然后存档以供查看。)

//www.globalelove.com/media-library/webcasts.html

参见下面的其他链接:工业应用中使用的以太网协议的更多建议和表。

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