传统迁移到以太网

一目了然 工业以太网增长 串行设备服务器 保持现有的I/O点 分层的方法 栏: 4-20 mA怎么样? 湿度传感器从串行转移到以太网

以太网已经成为事实上的基于以下几个原因:普及性、低成本、携带多种协议的能力以及对Internet的访问。根据ARC咨询集团的“工业以太网市场展望研究”，全球工业以太网的销量预计将从2004年的84万台增长到2009年的670万台，复合年增长率(CAGR)为51.4%。

GE发那科控制器产品经理比尔•布莱克(Bill Black)说:“以太网的成本已经变得可以承受，可以一直使用到微型PLC。”一卷250英尺长的商用5级电缆零售价为60美元，这还不算最便宜的价格。一根用于严重工业用途的1000英尺高质量Cat 5电缆的线轴售价为270美元。

也许以太网物理层的最大优势是它可以携带多种以太网协议和其他一些协议，用于各种目的。Opto 22副总裁Benson Hougland说:“我可以在主/从方向上使用Modbus TCP来为HMI/SCADA捕获数据或进行一些数据采集，但如果我需要将文件传输到该设备，我可以使用FTP。”如果我想让这台设备发送一封电子邮件，我可以简单地使用另一种众所周知的SMTP协议来发送这封电子邮件，同时或同时执行，随我选择。”

连接遗留设备

将传统串行设备连接到以太网的最直接方法可能是使用串行设备服务器(SDS)。该设备在串行和TCP/IP之间来回转换数据，并提供到以太网的物理连接。Phoenix Contact自动化系统产品营销经理格雷格•迪克森(Greg Dixson)说，这种设备的一个常见应用是允许两台现有串行设备通过网络进行点对点通信。“数据通过网络隧道传输，消除了任何范围限制的担忧。”

一些串行设备服务器还附带软件，当安装在PC上时，可以使控制计算机看到串行设备，就像连接到PC上的串行端口一样。如果电脑更换的是没有串行端口的新型号，这可能会有很大的帮助。此外，它提供了从工厂以太网局域网可用的任何地方对远程设备的访问。许多串行设备服务器还包含内置的Web服务器，允许通过Internet访问连接的设备。

sds可以从多个供应商获得，价格通常从几百美元到不到100美元不等。

一些供应商建议，在距离较短且需要提高数据速率的情况下，SDS的替代方案可能是合适的。Quatech的产品营销经理约翰逊(David Johnson)说，对于那些希望在不打开电脑、不给电脑加卡的情况下添加串行端口的人来说，设备服务器确实运行得很好。但是串行转usb适配器也很方便。许多机床使用其中一种，取决于运行DNC软件的PC与CNC控制器的距离。

以新换旧

架构以太网和控制网作为一系列devicenet或其他设备级网络的骨干。

虽然单个设备可能有专用的串行链路，但大量可用的工业输入和输出通过远程I/O单元连接，这些I/O单元将多个点多接到一根电缆上。许多这样的设备都由一个容纳独立I/O模块的底座和一个插件式网络接口板组成。通过简单地更换网络接口板，将现有的I/O连接连接到以太网可以节省大量资金。

当用户想要将这些现有的I/O点连接到以太网时，Hougland说，他们不想替换所有的东西。Opto 22正在通过E1和E2脑板满足客户的这一需求。他说:“他们把所有的I/O都留在原处——机架、I/O模块、场线、电源——然后拿出串行脑板，装进我们的以太网脑板。”“这意味着他们能够以非常低的成本将一个20年的I/O系统升级到今天的以太网网络。”

Opto 22并不是唯一一家走这条路的公司。Wago公司高级电子产品经理Mark DeCramer说:“(Wago的)I/O模块独立于通信模块。当升级到不同的控制网络时，所有的I/O模块和连接到现场设备的线路保持不变。只需要交换通信模块。“通过改变通信模块，Wago I/O System 750可以以10mbps或10/ 100mbps的速度连接到以太网TCP/IP，以及多个其他总线。

无线以太网

随着以太网的发展，无线以太网(802.11b，也称为Wi-Fi)的接受度也在提高，许多提供串行设备服务器的公司也有无线设备服务器。约翰逊说:“阻碍无线技术爆炸式增长的是安全问题，以及在炎热、嘈杂、金属环境中部署无线网络的后勤问题。”尽管如此，Quatech还是通过与专门从事无线连接的DPAC Technologies合并，在无线领域下了大赌注，“因为我们知道未来就在那里，”约翰逊说。

安全性是至关重要的，但许多安全问题可以通过基本策略来解决，例如:不使用设备附带的默认密码，不使用默认网络名，阻止服务集标识符广播(关闭网络)，使用介质访问控制表来指定只有某些用户可以访问网络，并确保所有接入点都启用IEEE 802.11i。

多层体系结构

虽然有些人主张将以太网使用到设备级别，但通常会看到更分层的方法。这可以在建立在CIP(公共工业协议)上的架构中看到，例如以太网/IP、DeviceNet和controlnet，由独立的网络组织管理，但起源于罗克韦尔自动化。

Ethernet/IP的优点是作为应用层协议，与TCP、SMTP和IP一样在以太网上承载。罗克韦尔自动化公司网络营销经理Brian Oulton说，这使得现有DeviceNet安装的扩展变得容易。他说，与其改变一切，不如“添加一个不同的网络、ControlNet或以太网/IP，向新网络添加新设备并将其连接到旧网络”并不困难或昂贵。奥尔顿建议使用“以太网和控制网络作为一堆小devicenet的主干”(参见“分层架构”图表)。他补充说，这种架构可以适应现有的RS-232和-422系统。“它简化了拓扑结构和相关工作，因为它提供了良好的远距离。”

多年来一直针对以太网的一个批评是它是不确定的:以太网的CSMA/CD媒体访问控制不能保证特定的响应时间——这个问题有助于支持分层方法。分层架构背后的思想是，它允许底层继续使用实时协议，并让以太网层处理大型数据文件和其他非时间关键的材料。确定性以太网协议是可用的。

4-20 mA怎么样?

对于通过4-20 mA环路连接的模拟仪器，获得增加功能的最低成本方式仍然是HART。GE发那科的比尔•布莱克(Bill Black)说，对用户来说，优势在于HART可以提供丰富的诊断和服务数据。HART的另一个优点是它使用了最初为4-20 mA环路安装的线路，因此不需要安装现场总线。

湿度传感器从串行转移到以太网

应用仪器(Concord, CA)制造和安装农业专用电子设备。该公司的主要业务是开发农作物干燥机的控制系统，包括一系列专有的低频射频湿度计，用于监测箱子、卡车或存储筒仓中产品的含水量。在加州的中央山谷，这种控制装置主要用于监测核桃、开心果、榛子和杏仁的干燥情况。

据该公司的所有者和经营者唐纳德·奥西亚斯(Donald Osias)说，许多小型工厂都使用手持仪表来监控干燥过程。这需要操作员从一个箱子走到另一个箱子，插上每个箱子里的传感器。奥西亚斯说，更大的工厂往往有更复杂的干燥设备，“对于这些设备，我们一直在建立系统，监测工厂中所有容器的湿度，并在CRT显示器或烘干机中的旧PC上显示所有信息，并将数据发送出去。”

应用仪器公司使用的大多数设备都有相当少的I/O连接，一个大型设备可能有50个点，分布在整个大型建筑物中。该公司主要使用Opto 22的Optomux I/O单元为客户连接传感器。奥西亚斯解释说:“它提供了一种简单的ASCII文本可读格式，成本合理，而且中继是防弹的。”但近年来出现了一个问题:新的计算机不再容易支持串行数据，而且越来越难以获得制造商提供的C库和编译器来支持串行数据。

Osias计划停止使用RS-485或422链路，并在任何新安装的控制设备上切换到以太网。一年前，为了继续使用Optomux I/O的安装基础，Osias向Opto 22寻求一种将Optomux连接到以太网的方法。他被告知，有一种产品正在开发中:E1和E2系列以太网脑板。这些板于今年6月推出，插入Optomux底座，取代了通过RS-485串行链路进行通信的原始B1板。E1用于数字数据，E2用于模拟数据，提供10/ 100mbps以太网和RS-422/485串行网络，并同时支持多种协议。

Osias很高兴Opto 22包含了这种双重功能，因为它允许他的客户保留他们的Optomux I/O和相关布线的安装基础。最近，他在离客户端设备的CPU最近的Optomux底座上安装了一个E1，并将该E1用作外部串行设备服务器，将设备中的其他Optomux单元连接到CPU。“为了更好的监控能力，我在里面安装了一个新的控制器和一个新的CPU;全是以太网，但我们能够让市面上的旧b1在串行模式下运行。”

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