适合自己:打造一个最适合自己的关系网

大多数控制工程师对现场总线的历史冲突和网络设备市场份额的变化毫不关心。他们关心的是即时实现、监视、维护和更新各自的应用程序，因为他们的工作依赖于这些应用程序的客观测量性能。

尽管对效率和节约的渴望是相同的，但工程师们要通过许多途径来实现优化，因为每个设施、工厂、应用和工艺都是不同的。这意味着用户必须密切了解其应用程序的功能和要求，以及许多有用的网络方法、设备和软件。然后，他们需要比较、选择和调整最佳技术集，以满足其应用程序的特定需求。

具体的站点特征，例如系统检查的频率，可以决定一个长距离运行的炼油厂网络是否能够接受扩频无线电系统而不是光纤网络。同样，海上油气管道可以使用基于蜂窝电话的系统，每周下载一次档案数据，而较短的水/废水管道可能不需要频繁的压力检查，并且可以使用拨号或基于无线电的系统进行低成本的遥测。

实现基础

除了遵循良好的安装实践，以及检查布线、连接、终端、交换机和软件之外，用户还需要越来越多地了解网络负载、流量和数据完整性。他们必须确保拥有良好的通信基础设施，并验证他们认为已经到位的组件确实存在。

“网络是其他一切都建立在其上的支柱，”雷·巴彻说，他是巴彻控制公司(堪萨斯州萨伯塔)的总裁。所以开发者必须问:网络速度和吞吐量是否足够?网络安装是否正常?它的设计是为了处理过载吗?可以在安装前对其进行建模和运行吗?”

在选择网络技术时，用户通常遵循两种一般路线中的一种，尽管通常也有例外。第一类包括以I/O块为中心的网络，如Profibus DP、致动器传感器接口(as - I)、Seriplex等。第二种由可配置的设备网络组成，如以太网/IP、FOUNDATION现场总线、ControlNet、Profibus PA等，它们支持I/O交换、显式消息传递、程序下载和诊断。DeviceNet在这两个类别中都使用。有关更多以太网选项，请参阅“关于以太网还有什么要说的?”CE、01年5月，第72页。

罗克韦尔自动化NetLinx-Logix业务(Mayfield Heights, O.)的技术顾问Dave VanGompel说:“用户必须遵循他们的网络安装指南，该指南定义了操作规范，例如总干线长度、最大节点数量、允许的滴线数量、最大滴线长度以及所有滴线的累计距离。”“仔细注意所有的指导方针是至关重要的，因为一旦你开始切割和拼接，很容易忘记你已经安装的长度。

“例如，你的网络技术可能允许个人落差高达20英尺。不幸的是，您以这种方式完成了30个节点，这相当于600英尺的落差，而您的网络只允许512英尺的落差。在规划网络时，您需要了解并考虑到这一点。

同样，尽管从椽子上放下绳子很方便，但这样做会更快地消耗掉绳子的长度。一个可能的解决方案是把干线绕到离机柜更近的地方。”

范戈佩尔说，当网络运行一段时间后增加节点，但用户忘记移动终止器时，也会出现类似的问题。忽略这一点可能会增加重试次数，从而增加抖动，或者导致节点间歇性地“脱机”。消除这些问题至关重要，因为新网络的运行速度比旧网络快5到10倍，因此出错的余地更小。“带宽越高，物理设备的触感就越强，”万戈佩尔说。

增加复杂性

除了这些基础知识之外，用户还必须意识到，随着他们实施的网络变得越来越复杂，问题也越来越复杂。例如，除了考虑总回路距离和基本电压降外，它们还必须将电容和电感值加起来，以保持在本质安全应用的公差范围内。

“传统的桥接协议，如高速公路可寻址远程传感器(HART)或FoxCom，更容易被接受，并且在概念上更容易布局和安装，因为用户不必担心终端或许多电气工程问题。这意味着用户可以推迟选择仪器和布线技术，直到相对较晚的实施过程中，”吉姆格雷说，市场总监的I/A系列，Foxboro Co. (Foxboro, Mass.)。

现场总线网络的主要吸引力在于，多台设备可以通过一根电线连接，从而节省时间、人力和金钱。更高级别的网络还生成更复杂的数据，以实现预测性维护，同时提高互操作性，允许多个供应商在一个网络上工作。

“当你使用H1 FOUNDATION现场总线时，你必须将仪器选择和功能决策转移到工程流程的前端，”Gray先生补充说。“你必须提前知道你要连接到H1的设备，因为这将决定布局。你还必须决定总线拓扑、时序、功率、功能和能力，比如算法将如何影响控制速度。”

为了简化网络应用程序并促进所需的互操作性，Gray先生补充说，使用H1进行数据采集可以帮助减少所需的工程，并允许来自艾默生过程管理(德克萨斯州奥斯汀)，smarar国际(德克萨斯州休斯敦)和横河公司(佐治亚州纽南)的设备在同一网段上一起工作。

随着更多的计算函数迁移到带有控制器的字段中，可能会进一步简化。现场设备上的现场总线协议和嵌入式标签已经允许用户远程检查网络点，而不是在现场“响起”4- 20ma的电线。

“尽管如此，将工厂的实时优先级与IT数据需求结合起来仍然是一个挑战。制造执行系统(MES)集成商必须能够在不丢失数据集成的情况下，使流程按照设计继续进行。”“因此，网络开发人员必须决定，如果系统发生了什么事情，他们是否继续让进程运行，让数据离开?或者他们在某一点上阻碍了系统?决定数据的必要性可以帮助你确定你要设定的规则。”

测试和工具

在彻底研究和指定网络解决方案之后，用户还应该尽可能试驾新设备。许多供应商和现场总线组织运行互操作性实验室，用户可以在其中为其应用程序运行潜在的解决方案。

“时间设置通常需要适当的设置。一些现场设备在测试中可能会出现一些怪癖。例如，正常的网络设置可能在五台设备上运行良好，但测试可能表明，增加第六台设备可能会导致通信问题。

用户还可以通过确保他们的设备和网络符合他们正在使用的协议的最新库、符号表和参数表来避免潜在的问题。这将允许主机从网络的现场设备读取所有数据。

有时供应商会主动测试和认证某些网络解决方案的互操作性。例如，现场总线基金会(Austin, Tex.)最近发布的互操作性测试工具包4.0评估了基金会现场总线的合规性，并测试了与其他认证设备的互操作性。一个功能文件告诉未来的主机设备可以做什么。HART、DeviceNet和Profibus协议的参数表完成了相同的基本任务。

为了帮助用户检查和调整现有网络，许多软件和硬件工具提供了网络流量视图，并帮助确定设备是否正常通信。其中包括:

• Relcom Inc. (Forest Grove, Ore.)现场总线监视器FBT-3和现场总线接线验证器FBT-5;

• SST的(Waterloo, Ontario, Canada) NetAlert NetMeter for DeviceNet, NetAlert Traffic Monitor Tee;和NetAlert电力监视器Tee;

• 罗克韦尔自动化公司(密尔沃基，威斯康星州)Allen-Bradley DeviceView配置器;和

• 协同微系统公司(downners Grove, illinois)设备网侦探。

此外，在信息技术(IT)领域，一组称为网络嗅探器的类似诊断设备也监视整个网段的网络流量、带宽问题、广播流量和其他参数，或捕获和分析单个数据帧。

适应“补丁”

除了满足应用程序当前的需求外，真正合适的网络还应该适应未来的需求——尽管似乎很少有人是这样设计的。“我们发现的最大问题是，人们使用特定于一个应用程序的软件，但往往没有解决他们最终需要的未来应用程序或附加组件。自动化解决方案公司(休斯顿，德克萨斯州)的控制工程师Christopher LaFavers说:“特别是在寻求低出价且经常有连续供应商的市政当局，用户最终面临的是设备和软件网络的拼凑，这些网络有时成功交互，有时不成功。”“现在，人们开始远离DCS和大型大型机，而转向更小的、基于pc的、带有微软Windows NT的系统。这意味着当用户试图将现场设备集成到新环境时，会遇到更多的问题。”

拉弗斯补充说，随着用户寻求减少I/O点和缩小工业系统的规模，这些多供应商、多协议的网络也在增加，例如，从较大的通用电气Fanuc 90-70和罗克韦尔自动化(Rockwell Automation)的Allen-Bradley PLC 5s到较小的通用电气f90 -30和A-B SLC 540。

对于拼凑网络(通常包含来自几个供应商的设备和5-10个不同的软件包)，一种解决方案是动态数据交换服务器或基于opc的服务器，它使用一个软件包来支持多种通信媒体类型到各种设备类型。自动化解决方案公司的aus通用通信服务器帮助管理通信协议和软件，而其较新的AuES企业服务器在Microsoft NT内部运行，而不需要另一个软件程序运行。

“这意味着网络不需要为每个应用程序运行单独的服务器，因此几个实用程序和程序不必争夺相同的网络资源，这减少了系统上冲突的可能性，”LaFavers先生补充说。“aus和AuES知道他们支持的协议，所以他们知道他们的网络上有什么，并且不会在他们自己内部产生冲突。”

激发动机的伙伴关系

由于许多网络技术的出现和发展如此之快，通常没有很多有经验的用户或新产品的指导方针。因此，如果用户能够智能地管理这种关系，供应商可以成为实现新解决方案的最佳资源之一。

“我认为，越来越多的用户正在制定合作协议，让供应商分担一些风险。这有助于让用户放心，供应商愿意为其产品的性能提供支持，”艾默生美国中部地区副总裁史蒂夫·洛朗格(Steve Loranger)说。一些风险分担方法包括:

• 供应商同意在产品实施的第一年提供技术资源、维护和支持;

• 合同中的履约条款，在未达到某些履约标准时评估费用和/或豁免;和

• 对于早期采用者，免费或极低成本安装试验设备和系统。

“随着新技术在引进后的三到五年内得到验证，哪些供应商真正了解如何应用它们就变得很明显了，”洛兰格说。“关键是亲自与你所在行业的其他用户建立联系，找到这些成功的供应商。”

要安装

除了成本和组件可用性之外，还必须解决许多变量，以使网络成功地适合并服务于其应用程序。以下是其中最重要的几点:

确定网络所需的数据量、速度等参数;

确定网络布局和物理尺寸——设备、传感器、电缆、连接器、执行器和其他设备的数量——以实现高效运行和未来扩展;

检查类似应用程序中使用的网络方法。例如，用于离散应用程序的现场总线协议通常以高速和大容量运行许多小数据包。用于进程应用程序的网络通常运行较少的数据包，速度较慢，但每个数据包的数据量要大得多。

评估所选网络方法或现场总线协议的内在权衡，例如内部速度和吞吐量与数据流量和完整性;然后在实施前调整设计，优化应用效率;

与其他用户讨论他们使用特定网络解决方案的经验。积极检查与特定设备和系统相关的口碑;

确保业绩和支持要求符合预期。例如，如果现场总线协议可以接受来自设备的200个参数，请确保设备也可以处理这些参数中的几个;

形成合作协议，供应商与用户共同承担部分风险，实现新网络;

聘请系统集成商和/或经验丰富的供应商来帮助调整网络以适应个人应用需求。用户应该与他们的集成商保持舒适和良好的关系，能够一起解决所有问题，而不会觉得产品是被硬塞进他们的喉咙;和

在安装前尽可能模拟和测试网络组件、软件和操作。

施耐德电气的分布式I/O帮助OEM的塑料装载机

为了降低网络布线和安装成本，并改进软件和硬件，Conair Group(宾夕法尼亚州富兰克林)最近用施耐德电气自动化公司(马萨诸塞州北安多弗)取代了塑料颗粒装载机中的集中式可编程逻辑控制器(plc)。Modicon Momentum分布式I/O系统。Conair还希望将装载机的多种通信协议集成到一个平台中。

动量的ModBus Plus网络协议提供高达20,000个寄存器/秒，点对点通信，以及允许用户在模块前端查看和设置ModBus Plus地址的设计。Conair使用带有Modbus Plus可选适配器和I/O底座的CPU作为主处理器。它使用I/O基础和适配器来进行单独的加载器控制。Conair装载器的典型配置包括一个带有Modbus Plus通信顶帽的I/O底座，本质上是一个附加卡或其他设备。

对于拥有数百台装载机和长度超过1500英尺或超过65个节点的网络的用户，Conair在配置中增加了中继器和桥接器。因此，如果程序达到处理器的内存限制，用户可以将另一个处理器添加到网络中，并在处理器之间划分控制责任。

Conair报告说，与传统的集中式方法相比，安装和启动调试系统的时间大大减少。Conair的电工不再使用从装载机到中央PLC的分立电线，而是将Modbus Plus电缆拉到每个装载机上，然后连接到Modbus Plus抽头和下拉电缆。

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