使网络适合应用程序

一目了然 你应该拓展人脉吗? 网络的好处 设计基础知识 选择平台 栏: 两个现实世界的例子

对于工业网络的所有讨论和世界各地的所有安装，它们并不像人们想象的那样普遍。事实上，没有联网的植物比那些联网的植物要多得多。Profibus贸易组织的主管Michael Bryant估计，尽管业界做出了种种努力，但到目前为止，只有25%的工业网络潜在市场被渗透。大多数公司仍然将单个仪器和控制设备硬连接到plc或不太复杂的系统上。当压力传感器和读出盒孤立存在时，“网络”就是那些拿着剪贴板走来走去的人。

如果你还没有做出飞跃，请记住，现在的产品提供了最广泛的选择。来自众多供应商的工业网络似乎有无限的可能性。例如，仅现场总线平台就至少有50种。当第一次接近这个过程时，这个主题的巨大可能会让人感到困惑。此外，任何规模的网络实际上总是涉及至少两种技术，这取决于您希望从单个现场设备到ERP或IT网络的距离有多远。

此外，一个网络项目可以被不同的目标所驱动。一方面，当您将现场设备连接到特定机器上的PLC时，您可能只是想节省布线。另一方面，您的总裁可能希望能够从另一个州的前台实时看到所有制造流程的当前输出水平。这些是截然不同的项目，但都属于同一个工业网络保护伞。

为什么网络?

考虑到这种经常令人困惑的技术，为什么有人会离开硬连线的世界?剪贴板到底有什么问题?

第一个也是最古老的答案是网络节省了布线成本和布线。网络最初开始是为了减少从每个设备到控制器上的I/O卡运行单独电缆的需要。制造控制器的公司设计了专有的现场总线平台，这就是为什么有这么多的原因之一。根据您的情况，节省布线和安装成本可能仍然是一个令人信服的理由。

随着网络变得越来越复杂，实施它们的理由也在增加:

• 工厂安全系统现在在与控制功能相同的网络上运行;

• 控制器提供了诊断系统问题和重新配置设备的方法，而无需重新布线;

• 如果有手段，新工具可以传达更多的信息;

• 生产资产管理(PAM)程序通过控制网络运行;而且,

• 随着IT网络从企业级向下移动，与工厂层通信的能力提供了将其结合在一起的动力。

“在成本合适的情况下，人脉是有意义的，但可能不是一种改进。霍尼韦尔过程解决方案高级研究员Tom Phinney建议说:“如果没有坏，就不要修理它。”“如果你没有经济动力去改变，那就不要改变。这并不意味着没有潜在的改进空间。有大量的应用程序要求降低成本，减少排放，减少维护，但必须有一个做事情的意愿。这一切都归结为建立意识，获得焦点，并提出商业案例。使用网络将更智能的仪器推向工厂的更深处是实现这一目标的一种方法。您可以使用来自智能设备的辅助信息来预测维护问题。告诉你的流量计，“给我你的噪音特征。”“随着时间的推移，如果你这样做，你就可以观察到变化并检测到污泥的积累。” You can’t do that with 4-20 mA.”

ODVA执行董事凯瑟琳·沃斯补充说:“今天，世界各地的企业，无论大小，都被要求‘连接起来!我们不只是想控制我们的生产过程，我们想要关于我们的过程的信息，我们想要它随时随地!制造业的网络浪潮即将到来。厂房地面铜线脱落;无缝、多跳可路由网络正在兴起。”

从底层开始

考虑到工业网络的复杂性，任何将其分类的尝试都将是混乱的，因为有如此多的领域重叠。这里的建议是一般性的，旨在介绍概念层面的主题，而不是具体层面。

网络可以覆盖从单个现场设备到IT和ERP网络的广泛范围。到目前为止，还没有一个网络平台被证明可以覆盖从单个限位开关到顶部的整个距离。来源:Control Engineering

如果我们认为单个离散现场设备是频谱上的最低点，PLC是从底部向上工作的第一个主要级别。有一些网络技术存在于PLC以下和其他网络技术之上，但很少有网络技术跨越这条线并在两者之间发挥作用。将plc相互连接和在较高层次连接到设备的同一网络通常不会延伸到较低的层次。相反，plc下面的网络通常不用于将plc相互连接，尽管一些更复杂的现场总线平台可以在不同程度上连接plc。然而，这些很少扩展到更高的级别。

最简单的网络可能是一组单独的设备连接到一个PLC用于单个过程或机器。这些设备可以一次一个地硬连接到I/O卡，根本不需要联网。然而，当设备的数量成倍增加，距离增加时，这种方法就变得昂贵而笨拙。最简单的网络类型使用现场总线将这些连接在一起，减少了布线量，使PLC的配置更容易。

即使在构建一个相对较小的网络时，了解要连接的设备类型也是至关重要的。这个答案决定了你的网络必须处理的数据量:

• 小数据项，如限位开关、光电池、接近传感器等，是位设备，需要简单的位数据现场总线网络;

• 中型数据项目，如智能设备、智能仪器、变频驱动、小回路控制器等，将需要更复杂的现场总线技术;而且,

• 大型数据项目，如机器人、人机界面、大型回路控制器等，将需要复杂的现场总线技术或以太网。

将每个设备的数据量乘以设备数量，就可以确定网络所需的总体容量和速度。如果您有足够的1位设备，则需要的容量可以达到更复杂的仪器的容量。

网络将支持什么类型和数量的I/O ?棱镜系统公司的系统集成商迈克·达内尔问道。“例如，造纸厂可能会移动5000个数据点，这是其正常运营过程的一部分。对于低I/O计数和支持以太网的设备的可用性在低端市场有限的情况下，以太网有时是多余的，但是对于大型应用程序来说，它是一个很好的解决方案。高端客户通常对以太网技术有更好的了解，并且通常认为它没有现场总线平台那么专有。”

Phoenix Contact的自动化产品经理Larry Komarek建议，那些刚起步的人需要考虑他们的网络需求在未来三到五年内可能会发生怎样的变化。“你会继续使用相同类型的设备，但数量会增加，还是你认为每台设备的数据量需要增加?”当您添加更多智能设备或具有诊断或状态信息的设备时，每个设备的数据会增加。如果是这种情况，那么决定将取决于现在付款还是以后付款。如果您现在决定省钱并继续使用现场总线，请考虑工厂中事物变化的速度有多快。您是否有时间替换一个扩展性较差的系统，因为您的系统已经过时了?如果你现在做出了节约成本的管理决定，不安装以太网平台，一定要考虑到未来的成本，并在以后的时间里进行调整。”

移动到PLC级别以上

一旦网络通过了单个PLC级别，项目范围就会显着增长并变得更加开放。plc需要相互通信，与hmi通信，将数据传递给历史学家，并将信息传递给工程，企业级用户，IT网络等。这些应用程序极大地改变了网络的性质，在PLC层以上发生的事情与在PLC层以下发生的事情几乎没有相似之处。虽然一些复杂的现场总线平台支持plc彼此点对点通信，但将通信扩展到企业级别需要以太网技术。

以太网网络的使用一直在快速增长，工业以太网设备的交付量以两位数的速度增长。至少有10个相互竞争的平台，每个平台都有自己的优势和劣势。有些具有专门设计以补充特定应用的专业。大多数与一个或多个规模较大的设备制造商有关，尽管它们通常都声称是开放架构。

目前，以太网网络将plc、智能传感器、远程I/O块、hmi等相互连接起来，并与更高级别的系统连接起来，例如IT和ERP网络。Profibus贸易组织副主任Carl Henning建议说:“使用正确的工具来完成正确的工作。”“完成一个项目很可能需要多个网络。寻找合适的平台组合。不要使用IT网络连接限位开关!如果我是负责项目的工程师，我会查找设备的数量及其复杂性。我将考虑集成到生产系统的需求。好的工程判断是无可替代的。”

Moxa Technologies的全国工业以太网产品销售经理Eddie Lee认为，以太网技术将跨越整个范围。“如今，以太网正在为沃尔玛(Wal-Mart)收银台的条形码扫描器供电，”他指出，“因此，它正在商业世界的设备层面上发生。同样的技术正在更广泛地应用于生产车间。也许我看得更远，但它来了。”

虽然小型现场总线安装可以相对孤立地存在，但以太网解决方案为外部人员侵入您的网络并造成严重破坏提供了潜在的手段。虽然没有这样的网络是完全安全的，但有一些级别的保护可以防止未经授权的用户进入。这是您必须仔细考虑的另一个主题，并且有许多可用的资源。

让选择有意义

在花费太多时间审查这些选项之前，最好弄清楚你的公司是否对网络平台、首选供应商、已建立的培训或零件库存有特定的指示。当涉及到时间和金钱的投资时，这些政策很难被忽视。同样，最好确定您是否严格为自己和自己的工厂建造，或者您是否需要遵循其他地点建立的实践。出于许多原因，除了为特定情况找到理想的解决方案之外，可能还会影响您的选择。

一旦你确定了你的工作限制，这个过程就需要从评估你的情况和需求开始:

• 电视台应该怎么做?严格来说，这是一种节省连接I/O点到单个PLC的电缆的方法，还是将实时数据传输到总裁办公室和其他地方?

• 您是否需要与现有的设备或网络进行通信或接口?除非您是从新建工厂、机器或流程开始，否则遗留设备和系统可能需要集成。

• 确保你既要询问上级，也要询问下级。您的IT部门可能需要输入，因为他们必须连接到系统。

• 你将如何整合网络安全?

• 这将是一个自行开发的项目，还是使用系统集成商?

• 一旦系统就位，你是否具备使用和维护系统的专业知识?

看看你正在建立网络的更大的系统或过程，以确定项目的范围。首先对你拥有的实际设备和它们的功能进行分类。单个设备需要根据其复杂程度和传输的数据量进行分离。

作为项目的一部分，您将做出的一组选择将是用于网络、安全和控制功能的特定软件。现场总线或以太网网络本身不能帮助运行流程、管理工厂资产、安排维护或生成生产报告。这些操作来自于运行在网络上的应用程序。可供选择的网络和控制软件的列表涵盖了许多页，他们的讨论已经填补了许多卷。控制工程网站是一个继续你的研究的好地方。

两个现实世界的例子

很高兴他们改变了

烟草加工厂使用机器和熟练的操作员组合生产各种雪茄和其他产品。虽然该设施一直未实现自动化，但管理层了解有效的网络系统可能节省成本并提高生产效率。阿拉巴马州莫比尔的Prism Systems公司承担了整合一个工厂的任务，该工厂充满了旧的、遗留的设备，这些设备不适合自动化。最终，该系统将21个plc, 61个RFID读取器，223个传送带驱动器，7个HMI控制台和无数的奇怪设备连接在一起，使用两个现场总线系统和一个以太网网络将它们连接在一起。

Prism Systems公司总裁Keith Jones说:“有了这种现代化的网络架构，我们的客户现在可以即时访问实时生产数据。结果包括大大提高了工厂的生产效率，并为消费者提供了更新鲜、更高质量的产品。”

还在坚持

Hytrol是北美最大的标准和定制输送机供应商之一。他们的产品范围从简单的棒式输送机到主要航运公司和大型零售商在其配送中心使用的高速滑鞋分拣机。这些排序器需要突破极限的网络性能。一个完整的装置可以有500到600英尺长，运行速度为每分钟700英尺，最多有1000个I/O点。这些通常是位离散I/O设备，包括接近开关、照片眼、编码器、条形码扫描器、ID读取器等。在任何给定时间返回到处理器的信息量都是惊人的，所有I/O点每3-4毫秒更新一次。

这对PLC及其配套网络的速度和确定性提出了很高的要求。“长距离高速运行的大量I/O是最糟糕的情况。大多数现场总线和控制器无法处理它，”控制专家温德尔·罗杰斯说。“它们要么不够快，要么不够确定。”目前，Hytrol主要依靠使用快速连接器的硬连接I/O块来简化大量的布线任务，但他们一直在尝试新的网络技术，以寻求卓越的性能。

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