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以太网的产业化

   日期:2013-12-23     浏览:623    评论:0    
核心提示:交换机、路由器、集线器、网关、连接器和其它以太网硬件已经被强化,以适应严酷的产业环境要求业以太网硬件可以无需外壳直接使用于厂区和车间内,这意味着更短的电缆和更简单的分布式结构(而不是集中式结构),以及
 交换机、路由器、集线器、网关、连接器和其它以太网硬件已经被强化,以适应严酷的产业环境要求
 
业以太网硬件可以无需外壳直接使用于厂区和车间内,这意味着更短的电缆和更简单的分布式结构(而不是集中式结构),以及比商用交换机、路由器、集线器和连接器更高的可靠性。符合产业等级(NEMA 4x或者IP67及更高等级)的以太网硬件意味着设备可以在-40-85℃的极端温度下工作,即使在液体和粉尘环境下,也可以保持可靠性能长达几年,而不仅仅是几个月。
 
商用以太网设备难以可靠地安装和冷却,所以不能确保稳定性。除此之外,产业设计的高投进可以减少均匀故障时间,组织流程中断或数据流失。这要依靠于具体应用。例如Cisco Systems Inc.公司在网络应用领域很著名,它意识到了产业环境将给硬件设备带来严重的考验。Cisco和Honeywell以及Rockwell Automation达成了共叫,后两家公司对于客户对过程和离散制造则有更好的理解。
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产业包装
 
Opto 22 公司的高级技术顾问Tom Edwards承认,外壳的作用很重要。Edwards以为,安装主要就是“使以太网硬件适应于产业环境…大多数现有仪器假如能够对通常的冲击和摩擦作保护的话,是可以应用于产业环境的。大多数产业设备的额外花费来自于防止损坏的包装以及如何放进19英寸的货架里。”
 
Tyco Electronics公司的产品经理Greg Paukert说,为了确保以太网设备可以使用于产业领域,需要使用耐冲击的塑料和橡胶材料,“耐化学和水腐蚀的密封圈可以使产品的使用寿命达到10-20年。”Paukert补充道:“可以使用正向连锁系统确保内部连接完全咬合。”
 
AutomationDirect公司的通讯产品经理Chris Harris说,当人们提及产业等级时,会以为产业等级意味着硬件工作在最恶劣的环境中,实际上以太网的产业化有很多标准。
 
Harris说:“产业硬件即使在极端温度、浪涌(IEEE-472)、振动(IEC68-2-6)HE 危险区域中[UL1604,CSA C22.2/213(Class 1,Div.2)]也应该能正常运行”
 
图1:Lantronix Xport嵌进式网络模块为Animatics智能马达提供强有力的以太网连接
 
图2:Moxa的产品EDS-518A系列-产业16+2G接口Gbit级网管型冗余以太网交换机
Moxa Technologies Inc.公司的国内产品销售经理Eddie Lee说:“设计上的差异意味着通常同等级的产业以太网交换机比办公室用的交换机强2到3倍。”Lee说,Class1,Div.2 等级的产业以太网交换机答应使用于存在易燃气体或粉尘的危险区域内,例如油气仓库、半导体车间、纸浆和造纸厂等。
 
Schneider Electric North America公司的自动化产品经理Richard Hutton以为,交换机暴露于危险环境的频率也会造成差异。“假如一个交换机或者电缆经常要使用,就需要更可靠的触点或设备。”
 
信号接口
 
Beckhoff Automation公司的I/O系统产品经理Skip Hansen解释道:“噪声环境可能来自于焊接、变频驱动和感应加热器。此处的交换机应该可以安装在控制柜内或者独立适用。一旦独立使用,就需要符合IP67的外壳防护等级。”
 
图3:Molex已经扩展了很多功能,包括商用数据传输、保护数据免受振动、
污染、电磁干扰以及温度、化学品的影响
Phoenix Contact公司美国分部的自动化产品经理Larry Komarek说其他产业电噪声来源包括螺线管、马达和运动控制器。Komarek说:“依据IEC61000-4系列标准设计的产业以太网设备比依据EN55024和50082-1设计的商用设备的抗噪声能力高2-3倍。”Tyco的Paukert说应该更多地使用铠装塑料镀金属容器,可以屏蔽至少20dB的噪声。
 
强化的电缆
 
Belden公司的产业市场部经理Frank Koditek说:“不管网络设备是分布和外露式的还是集中和内置式的,现存的商用以太网电缆和连接器强度都不够高,无法适应自动化和控制网络对信号传输性能的要求。”Koditek警告说,在工厂里网络组件和其电缆都有可能曝露与极端温度、光照、溶剂、油、湿润和化学药剂之下。
 
工厂内的操纵还会使他们受到过多的机械拉伸、有磨损、碾压或者切割的危险。Koditek说:“6或者5e类的电缆可以避免那些常见的失效,包括渐进的破坏、性能降低、间歇工作以及重大故障。”
 
连接器和网络故障
 
Industries公司的产业贸易部总经理Ed Nabrotzky说:“几乎70%的网络故障是由电缆和连接器的机械失效引发的。它们会被震坏、磨损、不当安装甚至在被叉车碾压之后继续使用。商用电缆和塑料连接器无法承受工厂内的误用。”只有专门的材料和设计技术才能生产出适用于产业环境的高强度产品。
 
Rockwell Automation公司的Logix/NetLinx部市场经理Brian Oulton说:“一些现有的RJ45连接器在震动测试下表现良好,其他的则不行。很多产业以太网标准也指出IP65和IP67外壳防护等级的连接器(例如M12)也适用于产业领域。”
 
更严格的内部协议
 
除了强化的设备、电缆和连接器,车间里的应用还需在以太网物理层之上使用产业协议。
 
Lantronix公司的产品经理Brian Tutor说:“协议的选择要依据特定位置的自动化设备。然而产业环境中最常用的协议是Modbus TCP、EtherNet/IP和Profinet协议(Control Engineering杂志2006年12月刊对产业以太网协议的使用状况作了研究)。”以太网协议的强壮性包括:宽工作温度(- 40 到 70 ℃)、耐撞击和振动、电气隔离和符合FM Class 1, Div. 2等级要求。
 
Rockwell公司的Oulton建议,产业以太网协议和连接器产品应该包括适当的误差自检和诊断功能,以便在故障或中断发生的时候能够采取相应动作。Oulton说:“举个例子,很多协议包括自检和确认,以确认数据及时可靠地传送,很多I/O产品可以在通讯结束时,恢复成用户选择的状态。”
 
交换式以太网解决了冲突
 
Advantech Inc.公司的产品经理Paul Wacker说:“时下交换式以太网解决了通讯可靠性和性能上的题目。通过使用以太网交换器,网络竞争题目(称之为冲突)实际上已经解决了,以太网交换器可以智能地从以太设备向另一台设备发送信息,以确保性能。10/100 Base-TX以太网通过使用电磁耦合和微分信号处理来减少由设备和外部EMI/RFI源之间地电势差异造成的通讯干扰。假如需要进一步的防护,可以采用光缆。”
 
Schneider Electric公司的Hutton对产业以太网设计表示满足,通过附加安全和冗余功能,可以保证系统正常运行。具体包括快速天生树功能、独立IP地址过滤技术和双光缆电缆。
 
安装和维护
 
Phoenix Contact公司的Komarek说,由于产业以太网正迅速成为自动控制系统的主要实时网络,网络基础产品经常由厂内控制系统的支持职员来维护。Komarek 说:“软件配置界面、连线和安装参数必须与基于PLC/PC的控制系统相似。基于IT的系统,软件配置是在类似DOS界面的屏幕上设置的,包括存储模块、诊断显示等等产业选项,工厂员工可以直接安装,无须再使用笔记本电脑。IT设备依靠中心控制台来诊断系统状态。”
 
Hutton补充道:“自服式(Self-serve)设计有个好处,就是产业以太网系统的设计需要最小的维护用度、使用很简单的工具,就像在浏览器里浏览和设置数据一样。工厂维护职员自己足以维护和监控系统,无须IT专家的协助。"
 
图5:AutomationDirect为产业应用提供Cirronet无线射频调制解调器。
CR-SE系列以太网收发器提供宽域、高速的以太网设备之间的无线通讯
据Venture Development Corp.的研究,产业技术给世界17亿美元的产业网络基础设施市场带来了进一步扩展。“全球产业网络市场智能化服务”项目使全球网络基础设施市场的年复合增长(CAGR)几乎达到25%,且将会持续到2011年。
 
在调查中这些区域(亚太、欧洲、中东、非洲和美洲)最高的市场增长率预计会出现在亚非地区。市场调查显示,大量资金会投进基于以太网的网络产品中。
 
2006年产业以太网对亚非市场的出货为2亿9千8百万美元。其中,76%的是以太网网络产品,且其比例会继续提升,到2011年总出货预计为10亿美元,其中以太网产品将占据81%。这是三个区域中最高的。VDC说,总线和网络的使用在其他两个区域是趋于稳定不易改变的,而以太网的比例仍有看进一步提升。www.vdc-corp.com
 
Moxa公司的Lee说,安装方便也是产业化的一个原因。产业以太网交换器通常是安装在金属外壳内的DIN导轨或安装版选件上,而大多数的商用交换器在不增加置物架和捆绑带的情况下是无法便捷地安装在控制板上的。而且,Lee补充道,产业等级的设备通常还有报警装置,可以帮助减少停机时间。
 
资本和生命周期本钱
 
有时候,人们会由于低廉的固件本钱而选择商用产品。但是对比商用产品的频繁更换,生命周期本钱可以让产业设计更加合算。
 
图8
Tyco Electronics Amp Netconnect商务单元的RJ45安全连接系统,通过模块化的插口和插头,在网络节点之间的相互连接中起到关键作用。
 
Ethernet Direct公司的贸易发展经理Larry Winchester说:“有资本花费限制的公司可以不用再选择低可靠性的商用产品,很多公司是由于产业交换器的高昂用度,才使用商用交换器或不完整的产业交换器的。对比其他产业品牌,Ethernet Direct公司在不牺牲质量、可靠性和性能的条件下,已经将产业以太网产品的用度降低了超过40%。”他补充说,在自动对比、选型、报价和下订单的过程中,在线支持和丰富的产业以太网参考库提供了高水平的售后支持。
 
产业以太网在世界范围内扩展
 
据Venture Development Corp.的研究,产业技术给世界17亿美元的产业网络基础设施市场带来了进一步扩展。“全球产业网络市场智能化服务”项目使全球网络基础设施市场的年复合增长(CAGR)几乎达到25%,且将会持续到2011年。
 
在调查中这些区域(亚太、欧洲、中东、非洲和美洲)最高的市场增长率预计会出现在亚非地区。市场调查显示,大量资金会投进基于以太网的网络产品中。
 
2006年产业以太网对亚非市场的出货为2亿9千8百万美元。其中,76%的是以太网网络产品,且其比例会继续提升,到2011年总出货预计为10亿美元,其中以太网产品将占据81%。这是三个区域中最高的。VDC说,总线和网络的使用在其他两个区域是趋于稳定不易改变的,而以太网的比例仍有看进一步提升。www.vdc-corp.com
 
产业以太网:交换机、集线器和网关
 
产业以太网产品多种多样,有很多技术文章和描述特性的说明书。除了以下罗列的资源,更多的资源可见www.controleng.com/archive for June 2007。
 
8X产业集线器
 
B&R Industrial Automation Corp.公司的AC808以太网集线器在标准以太网或实时产业以太网Powerlink网络中可以作为2级集线器。它使用与100MBit/s(高速以太网)和10MBit/s网络。此集线器可以自动识别正确的传输速度并设置相应通道。它使用RJ45连接器。可以通过使用一个交换器来改变第一个通道的引脚分配,所以同一种电缆既可以用于集线器之间的连接也可以用于集线器和工作站之间的连接。可以使用导轨水平或垂直安装,或直接安装在其侧壁上。
 
图:B&R以太网集线器适应数据转换速度
以太网故障扫描,在线学习
 
Contemporary Control公司的技术指导询问了查找故障时常碰到的22个题目(见www.ctrlink.com/tips)。一所独立于供给商的产业以太网大学提供了“客观、内容丰富的以太网教育”,特别是针对机器和工厂安转;2000名学员再次学习部分或全部19门课程。考试是基于IEEE Std.802.3的相应的需求解决方案设计文档(RFCs),这是免费的。
 
900MHz以太网调制解调器
 
Dataradio公司提供的HiPR-900FHSS IP/Ethernet调制解调器,工作于902-928MHz。它是高速的,无须许可证的产业IP/Ethernet,通过以太网或多个连接器,将安全的用户数据传输之指定IP。未申请专利的Dataradio并行解码技术结合空间多样性和智能结合技术,以进步敏感度和多路径免疫性,达到可靠的无线电连接。
 
更大交换机带宽,安全软件
 
GarrettCom Magnum Line 6k25e提供了以前Magnum 6K交换机8倍的带宽,而且是可以配置的,这对电站行业、产业应用和安全很重要。DynaStar OS 7.4软件扩展了基于MPLS(多协议标签交换)的新一代产品的数据承载服务,使其能应用于变电站和其他分布式的产业站点。软件扩展了安全性,将关键SCADA次序的优先级治理扩展为基于MPLS的服务,通过无线电监控、远程业务分配控制和其他应用建立起一个公用的SCADA网络。
 
稳定快速的以太网交换机
 
Uber Rugged Mach1000以太网交换器的工作温度区间为-40 到 85 °C (-40 到 185 °F),它作为Hirschmann公司的产业以太网产品的扩展,将其应用领域从工厂和过程自动化扩展到交通治理和监控、发电站和分站点以及其他高要求的关键应用。新型的19英寸架装式交换器提供有26个端口的标准组件(其中24个端口市100Mbit,2个端口是2Gbit)。这种模块式的产品答应用户以混合型、单一型和远程型的方式选择RJ45和光纤接口及其连接件。它能满足NEMA TS-2,IEEE1613和IEC61850-3的要求,是高温度和RFI/EMI噪声应用场合的理想选择。
 
图:Uber Rugged Mach1000以太网交换机拓展了Hirschmann的产业以太网产品线
Gbit产业以太网交换机
 
N-Tron’s 7000系列Gbit产业以太网交换器应用于带有以太网接口的产业和/或安全设备。它具有全面的IGMP监听、VLAN、Qos、中继、镜像、RSTP、DHCP、SNMP、 浏览器治理和多视角OPC监控功能。可以作为光纤环路治理器,提供扩展的环路容量,细致的故障诊断和大约30ms的环路恢复时间。
 
EtherNet/IP 及ASCII 串口网关 
 
ProSoft Technology EtherNet/IP ASCII 串口网关产品拥有以太网接口以及四个可配置的串口。每个接口都可以支持一个ASCII网络。这个产品可以用在多种设备上,例如条形码读取器、扫描仪、量具、打印机和其他终端设备。
 
图:网管转换信号。来自Prosoft Technology的产品,通过一个以太网接
口和最多四个可配置的串口,将Ethernet/IP的信息转化成ASCII串口通讯
产业以太网安全模块
 
Siemens Energy & Automation Inc.公司的Scalance S系列产业以太网安全组件可以保护工厂网络,使其免于数据更改、间谍、非授权进进和自动进侵。它们提供了防火墙和虚拟专用网(VPN),使得在自动化网络上,只答应授权设备的实时和经获准的通讯。通过使用一个软件安全代理,可以在桌面和笔记本电脑上进行设置。公司说,薄弱的工厂网络安全性带来的损失仍然是工厂工程师和现场实施职员需要考虑的主要题目。
 
图:就像这个大众汽车的工厂,产业现场可以使用产业
强化的以太网设备,无需过滤和空调外壳
10/100MBit/s以太网启动工具包
 
Wago提供了Ethernet StarterKit 2,包括以太网TCP/IP 10/100MBit/s现场总线控制器和其他的基本组件。其包括数字输进数字输出的终端(8通道)、一个总线终端、电源模块(24V)软件和DVD工具和相关文件。
 
智能马达与以太网的直接连接
 
Animatics Corp.公司的SmartMotor是一种可编程运动模块,可以使用于从海洋到外太空的多种自动化应用中。为使其便于使用,伺服马达集成了带有高精度电脑控制的运动驱动器,独立变成,低本钱,小巧的紧缩设计。外部的要求仅限于电源和网络连接。
 
当Animatics公司的SmartMotor需要以太网通讯,通常的硬件和软件解决方案体积大、复杂且昂贵。而插卡式的以太网卡很简单,因其把大部分的功能转交给PC负责。对于此嵌进式系统,在有限的空间和预算的约束下,公司需要混合性电路板之间的隔离技术和印制板空间。
 
Animatics集成了Lantronix XPort嵌进式网络组件。XPort为以太网网络连接以压缩包的形式提供了网络处理器硬件和软件,具有很短的开发时间,减少了本钱和其他支出,加快了市场化进度。
 
为了集成此模块,Animatics:1)在马达后部增加了XPort。2)将其于逻辑电源和SmartMotorCPU的通用异步收发器(UART)引脚相连。3)将Lantronix提供的集成软件驱动与PC终端软件接口。首先,Animatics不需要SmartMotor来建立本地站点,但是随着XPort的内迁web服务器,对于用户来说远景是诱人且有价值的。
 
实际应用中,很多马达可以在以太网网络上同步运行,可以通过以太网信息来驱动动作或I/O更改或激活马达内的预先编写好的算法。一台马达也可以通过XPort向上方监控站报告数据,同时通过不同的网络与其他马达通讯。
 
后期增加Modbus无需花费或开发时间。
 
通过使用Lantronix的产品,Animatics可以着眼于开发集成伺服电机而不是网络。(end)
 
打赏
 
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