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工业网络

   日期:2009-06-01     来源:中国测控网    作者:管理员    

  从用户的反馈信息可以看出,在网络设备的采购中,采购量最大的为I/O设备、连接器、网线和电缆,以及一些网络的基础设备(网桥,交换机,路由器)。在所有的通信方法中,以太网TCP/IP协议,RS-232标准以及4-20mA标准信号通信占有主导地位。

  正如没有人可以孤立的生存一样,几乎没有控制系统能够离得开I/O设备、网线、电缆、网络基础设备之间的连接。。越来越多的逻辑电路、传感器、执行器通过以太网TCP/IP协议来实现相互之间的通讯;其他的以太网传输协议也得到了不同程度的应用。与此同时,传统的串行网络和4-20mA标准信号通讯方式依然保持着优势。在最近一次Control Engineering与Reed Corporate Research进行的关于化工行业的用户正在使用或计划中将要使用的工业网络、通信手段的调查结果中,可以得到上述观点。

  调查结果来源于工业网络产品的设计者,推广者和用户;在所有的被调查者中,51%为使用者(将工业网络产品应用在工厂内);31%为原产设备制造商(分销);18%为两者皆有。在这些被调研者中,有66%的人生产或使用过跨功能类型的工业网络,34%的人则没有

。在这些曾经生产或使用过以上类型的工业网络产品的被调查者中,61%为工程应用人员,35%为信息技术人员,26%为工程应用人员,24%为工厂管理者,12%为客户服务以及技术支持,11%为质量控制与保障人员,采购,高级管理者和供应商所占比例在10%以下。

  工业网络在数据采集与监视控制系统中得到了最广泛的应用;其次是诊断与测试、维护;同时工业网络在连续过程、批处理过程、动作控制、遥控设备、机器控制、数控机床设备等方面也得到了广泛的应用。除此之外,在如下方面,如泵、风扇、排风机、包装机械、原料搬运设备(电梯、起重机等)、离散产品生产过程中,工业网络的应用前景也非常广泛。

  逻辑连接

  在此次调查中,被访问者同时说明了在他们的实际应用中联网的有哪些具体设备。联网设备中应用最多的是可编程逻辑控制器(PLC)以及各种网络硬件设备(如集线器、交换机、路由器等)。除以上两者外,排名在前5位的还有网络软件工具,I/O产品及系统,分散控制系统或/和混合控制系统。前5位以后,传感器以及相关系统占据了6-12的位置。这里所说的传感器涵盖了流量传感器,运动传感器,温度传感器,物位传感器,视觉传感器以及压力传感器等领域。

  在以上所提到的设备中,10%~19%的被访问者表示所使用的这些设备目前并没有进行联网,但是在未来的12个月中将会实现网络化。在未来一年中最有可能(18%~19%)进行联网的设备有:视觉系统的硬件设备;流量传感器以及变送器;温度传感器及变送器;压力传感器及变送器。

  主流网络协议,以及不断成长中的网络协议

  现阶段的工业应用中,以太网TCP/IP,RS-232以及4-20mA标准信号在网络使用方面占有主导位置。其他排在前10位的网络解决方法见图。令人惊讶的是,其他16种网络协议或者通讯方法的使用率都在10%以上。一个值得注意的趋势是越来越多的用户开始使用同一种类的协议:Modbus,Modbus TCP以及Modbus PWS;DeviceNet,ControlNet以及EtherNet/IP;Profibus-DP,Profibus-PA,Profibus-FMS,Profinet以及AS-interface;基金会总线(H1)以及HSE(高速以太网)。

工业网络如图



  无线网络协议中,使用WiFi(IEEE 802.11b)为34%;使用无限射频识别系统(RFID)的21%;使用蓝牙协议(IEEE 802.15)的14%;使用ZigBee(IEEE 802.11g)为6%。

  在这些目前还没有架构自己的网络但计划在未来的一年内实现网络化的被访问者中,有15%的人准备使用RFID,其次为DeviceNet,WiFi,ControlNet,蓝牙网络,ZigBee,Modbus TCP以及CANopen等。在计划使用工业网络(但不是现在)的被访问者中,8%到9%准备使用AS-interface,Ethernet Powerlink,Firewire,基金会现场总线(H1),Profibus-DP或Safetybus。除WorldFIP以外,其他网络解决方法的应用都有不同的增长。

  “我们一直注意到,以太网的需求在不断增长,相对去年同期,需求量增长了50%以上。”来自Phoenix Contact美国事务部的自动化产品经理Larry Komarek肯定的表示:“由于以太网基础构架设备的成本降低,但功能却更为强大,再加上更多的用户在试用以太网以后对其相当满意,这就是促使对以太网的需求量不断增加的原因。Modbus TCP协议仍然占据统
治地位,但是在北美EtherNet/IP的增长很快,而在欧洲Profinet也显示了强劲的增长势头。”

  Eaton Corp.逻辑控制产品部门的产品经理David Harris表示:对于工业网络需求的急剧增长使得用户对产品的选择范围更广。Eaton公司观察到:更多的用户倾向于使用基于以太网协议的工业网络解决方法,如ModbusTCP、EtherNet/IP和Ethernet TCP/IP。这类产品的共同优点是原理容易理解,便于安装,使用成本较低的通用材料,这表示用户在使用这类产品时,调试周期更短,能够更快的收回成本。改用基于以太网的工业网络解决办法,还可以使得用户设备的开放性更强:用户仅需要借助于一些辅助设备如OPC服务器就可以与其他设备进行互联。

  Eaton同时表示,客户们对“串行网络协议,如Modbus”表现出强烈的兴趣,Harris说,“对于小规模的应用,网络安装的低成本以及对旧设备的支持是必须的。”

   毫无疑问,可靠性(在调查中占85%的比例)在顾客选用工业网络产品时是最重要的因素之一,其次是产品质量(占72%)

,第三是通信能力(占69%)。

  其他重要因素(在调查中占60%以上)分别为网络性能,控制文件质量,使用的便捷性以及对环境的适应性等。不过我们同时注意到,调查显示客户在一些方面仍然聚焦在短期利益上,如价格占47%,设备的使用周期的总成本占37%。

  如何选择销售商

  调查还显示,被访问者在选择销售商来购买工业网络设备时,最重视的是销售商对客户的支持程度。98%以上的选项为:对问题的响应,客户服务,技术支持。96%的选择是:“易于做生意”以及销售商的名誉;有见识的销售人员,以及应用支持分别为94%及93%。其他在85%以上的选择还有:生产线的完整性,实际应用的培训以及先前的使用经验等。

  在判别最重要和重要的两个选项之间的差别比较大。比如,在调查中“名牌产品”这一选项共有66%的被访问者选择,其中,将其归入“最重要”一栏的占8%,而将其归入“重要”的占58%。

  被采购的产品中,I/O设备及连接器的份额最重,占97%;网线及电缆占96%;网络构架设备(网桥,交换机,路由器等)占92%;带网络功能的控制器占86%;网络应用软件占77%;带网络功能的传感器占67%;带网络功能的最终控制元素(如执行器等)占61%。
  几乎60%的被访问者收回了在工业网络上的投资。在这些被访问者中,一般来说,收回每年对工业网络的投掷需要12到15个月。

  工业网络产品
  如需了解更多的生产商,请访问下面所列出的公司首页。

  PLC的以太网处理器
  使用Allen-Bradley公司PLC-5控制器的用户,可以通过应用Rockwell Automation公司的PLC-5系列F以太网处理器来提高其网络的吞吐量,扩大数据收集、信息收集能力。通过远程监控及管理,IT集成以及新设备如声音和图像设备,以太网协议已经渗透到了工厂的每个角落。对于EtherNet/IP协议,F系列产品基于以前处理器设计,可以自动在10Mbps到100Mbps间转换。面板上的RJ45控制器与5类以太网线联接,而不需要其他的外部接收装置。手动切换数据传输速度或者使用新的基于事件和机器事件的E-mail系统,需要用户升级到Rockwell Software RSLogix 5编程软件(7.1或以上版本)。(如果使用自动切换功能来达到更高的以太网通讯速度则不需要升级软件。)可以使用“Step Forward”技术(www.ab.com/stepforward/plcupgrade.html)来为新处理器进行现场单元的升级换代。
  www.rockwellautomation.com
  Rockwell Automation公司

  PLC/DCS电缆
  20家以上自动化生产商以及至少同样数量的工业网络生产商被罗列在Belden 公司Electronics Div.的“Cable College”中的“PLC/DCS电缆参考指南”上。这个3页纸的表格包括了制造商,系统名称,以及Belden的部件编号。第四部分是一个协议参考,具体说明不同的工业网络与Belden公司电缆、网线的部件编号的对应关系。  www.belden.com   Belden 公司Electronics Div.

  以太网交换机的物理保护
  Phoenix Contact公司扩展了其标准功能(SF)不可控开关流水线。这13种新的SFN(narrow)开关采用了第三代开关技术,这种新技术可以使得新开关的安装成本较之现在的开关降低20-70%。SFN5端口以及8端口的交换机(10/100Mbps)仅仅是一个小小的窄盒子,但却具有成本低廉,机械强度适应工业环境,基本的交换机功能等特性,且具有100Mbps光纤结构。同时流水线支持生产1个端口或2个端口的SC或ST型连接器。每个SFN交换机都可以加装可选的安全结构来封堵冗余的RJ45端口、锁住已有的电缆。“物理层1”可以防止未经许可的人员使用网络,并且易于实现。到2006年秋天,这个系列的产品还将首次包括用于将来试验和资料密集应用的工业无管理IEEE 802.3z GB级交换机。
  www.phoenixcon.com
  Phoenix Contact公司

  非管理型以太网交换机的流行
  Schneider Electric扩展了其开放的、工业强度的Telemecanique Connexium网络元件生产流水线。新增加的产品有:Connexium IP67以太网交换机,运行温度范围扩大的无管理以太网交换机以及以太网网关。所有的特性都着眼于使用的简便性以及产品的可靠性。具有IP67外壳防护等级

的交换机可以被安装在厂房地板下或是机侧,在户外使用过程中可以防水以及防其他恶劣环境。内置的储存转发技术可以检查信息的长度及进行循环冗余码校验,这样可以保证信息一直转发,并增加信息传送的可靠性,降低通讯量。无控制以太网控制器的工作温度范围是-40℃~+70℃,备有可选的铜质线或光纤,自动人工数据输入,报警信号继电器及冗余电源。TSXETG 100以太网网关通过浏览器连接串行的Modbus设备和以太网。
  www.telemecanique.com
  Schneider Electric公司

  4线制D-Coded以太网电缆、交换机
  Turck Inc.正式发布了4线制D-coded以太网物理层产品,包括电缆,交换机,及基于EtherNet/IP的导管适配器。电源线结构包括预封装M12的eurofast连接器,插座以及RJ45堵头。硬PVC电缆护套符合TIA/EIA568-B.2中5e类对基于10及100T以太网性能要求,及UL对日照和防油的要求。工业交换机提供5或9个eurofast端口,以及4或5针7/8-16UN minifast电源端口,并且具有NEMA 1,3,4,12,13和IEC IP67外壳防护等级。交换机可以自动测量传输速度,并且能将地址储存在路由表中。转换产品包括导管适配器等,可以将标准的导管结构转换为1端口或2端口eurofast连接器;还能通过一个微型转换器将eurofast连接器转换为RJ45连接器。密封圈及与安装有关的硬件已经包括在上述产品中。
  www.turck.com
  Turck公司

  EtherNet/IP智能模块

  由Eaton的电子部门研发的Cutler-Hammer Intelligent Technologies EtherNet/IP (D77D-EIP)增加了连接产品的功能,允许监视和控制I/O设备,马达控制,以及相关其他设备,将所有数据集中到一个节点上。EtherNet/IP适配器在EtherNet/IP是从设备,而在QCPort则是主设备。D77D-EIP具有一个回到默认值的自设定按钮,可以自动的将EtherNet/IP设备设置为QCPort系统设备。
  www.eatonelectrical.com
  Eaton公司



  工业无线广域网路由器
  Digi International提出的Digi Connect WAN IA是一种新的无线广域网路由器和网关,并具有工业应用所要求的特性。这种新产品为工业自动化设备的主用网络和备用网络连接提供安全可靠的GSM和CDMA连接,这些工业自动化设备包括SCADA设备,可编程逻辑控制器(PLCs)以及远程终端单元(RTUs)。很多情况下,无线比传统的有线连接有更高的性价比,使远程站点可以更方便的实现通讯连接,并且避免有线连接的缺点,如天气与施工的影响。通过以太网到无线微蜂窝网关或者串口到无线微蜂窝网关来实现安全的广域网连接,Digi Connect WAN IA拥有众多适合工业应用的软硬件特点,如:电源采用螺丝端子连接、DIN导轨安装、Class 1 Division 2认证,并且支持Modbus协议。 www.digi.com  Digi International公司
  
       工业千兆级以太网交换机
  Moxa Technologies Inc.预期将投放一种能够用于工业以太网的千兆级以太网交换机。EDS-518A就是这种新一代的以太网交换机,它满足欧盟的RoHS标准。该产品计划于2006年末发布,此产品是一个具有18个独立端口以太网交换机,它具有2个可组合的千兆级端口,内置RJ45或SFP端口,可用于千兆光纤通信;支持冗余千兆级以太网环网(全负载状态下恢复时间小于300毫秒),这种技术增加了主干网络的可靠性及传输速度。该产品支持多重智能网络管理功能。 www.moxa.com/usa  Moxa Technologies公司

  AS-Interface拥有新的I/O设备
  Wago的AS-Interface系列产品中的Wago-I/O-System产品包括AS-Interface主站(支持“Safety at Work”设备),机侧安装I/O模块(IP67),机柜安装(IP20)I/O连接装置,以及AS-Interface电源系统。Wago-I/O-System的产品经理Mark DeCramer说:“AS-Interface可能是应用于执行器和传感器中的最简单的现场总线网络,这种技术可以节省大约40%布线成本。”他同时表示,该产品仅使用一根电缆来连接I/O模块;所以使用这种产品不需要太多的总线系统或通信协议方面的知识

。主模块与节点紧密结合,并且宽度小于0.5英寸。一个节点至少包括一个主模块,总线联接器(可编程与不可编程均可),以及一个终端模块。这种结构可以将200个以上的Wago模拟量模块,数字量模块以及其他特殊功能模块与以太网,DeviceNet,Profibus,CANopen以及其他通常AS-i不支持的I/O类型相联接:如步进控制电机,连续系统,加/减计数器等。I/O从节点可以与主模块相联接,安装方式包括IP67机侧安装及IP20机柜(DIN导轨安装)安装等。一共有5种不同的配置模式。 

 




 
  
  
  
  
 
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