物联网的最后一米

试图实现物联网(IoT)的全部好处的工业运营面临着一个重大障碍:如何连接数十亿个现在超出互联网协议(IP)范围的传感器、执行器和其他仪器仪表?两项创新技术可以支持与物联网的重要连接，扩展增加的运营数据，提高生产力，并提高物联网的可靠性。

物联网的最后一步是通过用于离散应用的IO-Link设备通信(由Profibus & Profinet International (PI)提供)和用于过程应用通信的HART和WirelessHART(来自FieldComm集团，合并后的现场总线基金会HART通信基金会)。这两种通信协议都与基于EtherNet/IP(来自ODVA的以太网协议网络)的网络一起工作，将传感器连接到控制系统和业务级企业系统。

通过EtherNet/IP上的仪器数据，工业运营可以捕获他们所需的实时、可操作的信息，以实现运营效率，提高生产力，并实现物联网的全部好处。

IO-Link用于离散应用

在不断发展的物联网世界中，公司希望从每台设备中获得更多的智能。但在离散应用中，例如使用大量传感器的包装或汽车设施，用支持ip的设备取代现有的仪器并不具有成本效益。IO-Link的开发是为了在传感器和控制系统之间创建一个具有成本效益的、最后一米的连接，以实现无缝数据流。

过去曾尝试在不同的通信协议上启用传感器，例如Profibus [PI]或DeviceNet[也是来自ODVA]，这需要不同的网络来连接到设备。然而，许多传感器用户拒绝了这些努力，因为它使机器上支持的产品(联网和非联网)数量增加了一倍。它还涉及学习一种新的协议——即使在一台给定机器上，只有一个子集的传感器需要比开/关信息更多的信息，这是经常发生的情况。

IO-Link已经成为解决这一困境的一个合适的折衷方案，它提供了经济有效地访问大量信息的途径，同时与现有的IP网络一起运行。

这种对设备级数据的访问意味着工业操作不必延迟对智能机器的需求，同时等待所有传感器都具有IP可访问性。IO-Link提供了一种简单的解决方案，可以提高整个离散应用程序的连通性。IO-Link通过相同的三线导体进行通信，并可以使用目前用于EtherNet/IP网络的相同组态软件，因此将传感器数据传输到IP是相对无缝的。安装在机器上的所有传感器都可以支持IO-Link，连接到IO-Link主接口的传感器将利用该技术进行诊断。这消除了学习新协议的需要，并将额外的费用限制在积极使用IO-Link技术的传感器上。

要使用工厂中已有的技术来使用IO-Link功能，制造商只需拆卸离散卡并安装一个IO-Link卡，即前面提到的IO-Link母卡。许多具有嵌入式IO-Link的传感器的成本和性能与制造商已经使用的标准I/O传感器相同，直到连接到主设备。但是，将这些传感器与IO-Link主接口“唤醒”传感器中的高级功能，使用户可以访问IO-Link必须提供的所有数据和配置功能。这意味着用户可以灵活地将IO- link传感器安装为标准IO，并在以后根据需要激活IO- link功能，而无需安装昂贵的新线路或传感器。这使得IO-Link成为传感器供应商和用户良好的向前和向后兼容解决方案。

有无诊断

交换“标准”和IO-Link支持的传感器的灵活性允许用户进行选择。并非所有机器或传感器都需要额外的诊断。使用IO-Link主控制器，用户可以选择启用哪些传感器，从而在没有信息过载的情况下获得好处。尽管所有机器都可以从IO-Link中受益，但并不是整个机器都需要IO-Link。事实上，一台机器上只有不到20%的传感器通常有物理损坏的风险——这正是IO-Link提供的额外诊断最有益的领域。

通过IO-Link，用户可以访问从设备通过IP流向系统更高级别的新信息。这可能包括对损坏或未在最佳水平运行的传感器进行诊断。一个例子可能是监测位于切割作业附近的光电传感器，那里有大量碎片可能积聚在传感器镜头上。目前，大多数机器制造商使用压缩空气定期吹掉传感器上的碎片，而不管传感器有多脏。IO-Link传感器可通知控制系统启动压缩空气，或仅在必要时才派维修人员对传感器进行清洁。这减少了机器停机时间，因为它优化了预测性维护，并减少了压缩空气的使用和相关费用。

在另一个例子中，考虑如何使用接近传感器来检测沿传送带移动的物体。如果一台机器没有对准并剪掉了标准传感器的头部，控制器就不再接收到来自设备的更新，即有产品正在被感知。然而，机器将继续运行，操作员通常无法知道关键数据没有被收集，直到生产中断。但是，如果接近传感器启用IO-Link，警报将跳闸，并告诉控制系统传感器头已经失效。诊断不是直接的测量，但是它提醒系统数据不再有效。此外，损坏的传感器可以更容易地定位快速更换。

有线，无线HART进程

在HART的过程应用中，整个企业的仪器数据的承诺已经存在了很多年。然而，对于许多安装，硬布线设备可能是艰巨的。在诸如储罐场或采矿作业等跨越数英里的应用中，通过点对点连接对设备进行硬布线是困难的、耗时的和昂贵的，当需要冗余时更是如此。

这些地理和环境的复杂性导致了对更广泛的技术的需求。WirelessHART提供与传感器的无线连接，用于测量过程应用中的压力、温度和体积。

WirelessHART网关以多种形式启用IP，包括EtherNet/IP。与其他无线网络类似，现有设备可以转换为WirelessHART，以创建一个健壮的基础设施，允许更好的连接并生成大量的新数据。

WirelessHART为各种应用程序提供了更大的灵活性，包括设备监控和诊断。例如，如果管道在运输产品时是空的，传感器会提醒操作员，而不是简单地显示错误的流量测量。这有助于操作员将设备偏差归类为操作问题，而不是维护问题。

与IO-Link类似，诊断不是直接测量。HART设备中启用的传感器可提供设备内部视图和设备信息，可用于预测性维护。这提高了过程的可靠性、工厂安全性和数据安全性，并可以减少维护成本和计划外停机时间。

设备数据，需要的地方

HART设备还可以在标准IP网络上与以太网/IP无缝工作，提供完整的连接。以前，设备数据仅限于控制系统，但现在来自工艺层的数据可以在整个工厂中传播，为操作员提供了更多有价值的数据。粒度数据可用性优化了操作的各个方面——从工厂车间的故障排除到业务方面的库存或生产能力决策。当操作人员掌握更多资产知识时，就可以进行更多的审计和验证，从而提高流程安全和数据安全性。

连接工业物联网

来自工业控制系统的IP连接通过网关(IO-Link或hart)关闭最后一个米，以提供与现场设备的连接。这两个网络允许工业操作尽可能无缝地连接到IP网络，使今天的工厂为未来的工业物联网做好准备。

DeviceNet和EtherNet/IP是ODVA Inc.的商标。HART和WirelessHART是HART通信基金会(现为FieldComm Group)的商标。IO-Link和Profibus是Profibus & Profinet International (PI)的商标。

- Shannon R. Foos, PE，是资产管理和现场总线部门经理，Kevin Zomchek是网络组件市场经理，都在罗克韦尔自动化代表工业IP优势;由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程，mhoske@cfemedia.com．

在线

www.globalelove.com/archives在3月，本文有更多信息和相关资源的链接。另见以太网和无线网络广播www.globalelove.com/webcasts．

www.fieldcommgroup.org

www.odva.org

www.profibus.com/technology/io-link/

关键概念

• 对于工业物联网(IoT)，将现场设备连接到Internet Protocol可以描述为连接最后一个米。
• IO-Link设备通信有助于将离散应用程序连接到物联网。
• HART和WirelessHART有助于将流程应用程序连接到物联网。

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关于作者

- Shannon R. Foos, PE，罗克韦尔自动化资产管理和现场总线部门经理，过程网络、集成和资产管理方面的专家。她在过程工业领域拥有20年的经验，在过去十年中一直专注于使设施更加智能。她拥有俄亥俄州立大学化学工程学士学位，是控制系统专业工程师。

Kevin Zomchek是罗克韦尔自动化公司的网络组件营销经理，在多种网络协议和控制架构实现方面拥有近20年的专业知识。他持有马凯特大学电气工程学士学位和硕士学位。

www.rockwellautomation.com/rockwellautomation/services/network-services/overview.page

www.rockwellautomation.com/rockwellautomation/innovation/connected-enterprise/overview.page

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