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工業(yè)網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)該考慮哪些問(wèn)題？
DQZHAN訊：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)該考慮哪些問(wèn)題？
行業(yè)分析人士指出，眾多業(yè)務(wù)需求正推動(dòng)企業(yè)內(nèi)的工業(yè)——商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的融合。正常運(yùn)行時(shí)間和生產(chǎn)*優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量、工作流程速度和效率以及客戶服務(wù)需**人們經(jīng)常提及的事項(xiàng)。全球競(jìng)爭(zhēng)和利潤(rùn)縮減促使多家制造商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)整合，努力簡(jiǎn)減運(yùn)營(yíng)，增加產(chǎn)能和減少總體成本。
正如拓展多年的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之上的加工業(yè)控制技術(shù)的應(yīng)用，這些企業(yè)也正在考慮利用以太網(wǎng)的力量來(lái)鏈接其生產(chǎn)和商業(yè)層面，以期贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)融合必須整合布線;連接器;控制器;開(kāi)關(guān)和其它零部件;以及軟件界面以便在商業(yè)和生產(chǎn)功能之間發(fā)送和挖掘數(shù)據(jù)。益處來(lái)源于融合，很大程度上依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)配置和企業(yè)決定整合網(wǎng)絡(luò)的特定策略。在裝置級(jí)網(wǎng)絡(luò)上，工廠基層控制器使用數(shù)項(xiàng)開(kāi)放或?qū)Ｓ袇f(xié)議之一，與機(jī)器上的裝置進(jìn)行通信。今天的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)施以太網(wǎng)作為連接某個(gè)**協(xié)議應(yīng)用之一的鏈接層協(xié)議，甚至是以太網(wǎng)直接進(jìn)入機(jī)器上的裝置層面。
采用合適的架構(gòu)和工業(yè)級(jí)零部件，以太網(wǎng)融合能夠提供如下的顯著優(yōu)勢(shì)：
l 企業(yè)范圍的接入和增強(qiáng)的商務(wù)智能
l 提高數(shù)據(jù)傳輸速度以實(shí)現(xiàn)更快的信息流
l 改進(jìn)的能源效率和資源管理
l 提升的設(shè)備性能
l 協(xié)調(diào)的監(jiān)控和控制以優(yōu)化生產(chǎn)
以太網(wǎng)融合提供了滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信要求的能力，具有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可靠性、**性和易于整合性。這是以太網(wǎng)企業(yè)范圍技術(shù)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)步增長(zhǎng)的原因所在，尤其在較大的制造企業(yè)。
技術(shù)，工業(yè)步伐一致嗎?
以前單獨(dú)考慮的工廠基層功能、設(shè)備性能和生產(chǎn)指標(biāo)，現(xiàn)在已獲廣泛認(rèn)可為重要的策略業(yè)務(wù)工具，能夠幫助減少支出并優(yōu)化正常運(yùn)行時(shí)間。技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)起到領(lǐng)頭作用，其提供了網(wǎng)絡(luò)工具，以期高效鏈接機(jī)器工藝、控制系統(tǒng)和工廠范圍信息至企業(yè)，具有****的可擴(kuò)展性、功能性和選項(xiàng)。
然而，技術(shù)和工業(yè)很少同步發(fā)展。盡管分析人士社群經(jīng)常有看好的預(yù)測(cè)，認(rèn)為整個(gè)行業(yè)會(huì)轉(zhuǎn)向商業(yè)——工業(yè)網(wǎng)絡(luò)融合，但現(xiàn)實(shí)情況是這些應(yīng)用一直以較緩慢、較慎重的步伐進(jìn)行——這也是明智的。在發(fā)展減速的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，發(fā)展趨勢(shì)既不迅速也不明顯。
不過(guò)，事實(shí)上，工廠環(huán)境正在逐步從專(zhuān)有協(xié)議轉(zhuǎn)向*普遍的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)：使用傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議。
工業(yè)以太網(wǎng)使用雙絞線電纜、光纖、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和在未來(lái)使用的電力線載波通信(以太網(wǎng)供電信號(hào)(Ethernet over the power signal))。通用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，包括以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(EtherNet/IP)、工業(yè)以太網(wǎng)(Profinet)和其它相符的開(kāi)放系統(tǒng)——已經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)試，用于管理要求在同一網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性能和多個(gè)通信通道的無(wú)數(shù)自動(dòng)化生產(chǎn)情形。
傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)是一套為允許電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享資源而開(kāi)發(fā)的協(xié)議，作為聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)廣泛地應(yīng)用于商業(yè)辦公室，以便讓網(wǎng)絡(luò)和電腦之間進(jìn)行通信。多臺(tái)電腦能夠在單一局域網(wǎng)使用TCP/IP和其它協(xié)議，使用IP提供的路徑接入互聯(lián)網(wǎng)。TCP/IP促進(jìn)了商業(yè)網(wǎng)絡(luò)中快速、準(zhǔn)確的文件傳輸以及用戶通信。通過(guò)以太網(wǎng)和TCP/IP進(jìn)行的工廠信息傳輸，能夠整合進(jìn)入普通商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和辦公應(yīng)用。
工廠、企業(yè)信息需求不同
大多數(shù)情況下，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求與辦公環(huán)境的需求有不同。在工廠層面，過(guò)程控制和自動(dòng)化經(jīng)常需要更嚴(yán)格的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸率。除速度之外，相比先前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以太網(wǎng)能夠跨越距離和接受更多的設(shè)備而不會(huì)減低性能。
預(yù)計(jì)以太網(wǎng)將是適合未來(lái)應(yīng)用的主流通信技術(shù)，其確保了技術(shù)將繼續(xù)提高和精煉。今天所部署的以太網(wǎng)系統(tǒng)得益于過(guò)往的重要經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。必須仔細(xì)地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、**性和數(shù)據(jù)管理，提供今天的工作效率，并且允許以*少的整合工作在未來(lái)進(jìn)行擴(kuò)充。另一需要消除的謬論是開(kāi)放性永遠(yuǎn)等同于無(wú)縫互用性。盡管100 Mbps以太網(wǎng)芯片具有通用性，但是，所選協(xié)議實(shí)施方案的不兼容性也是事實(shí)。以太網(wǎng)I/O標(biāo)簽并不意味著所有產(chǎn)品在同一協(xié)議堆棧內(nèi)是兼容的。互用性是一個(gè)需要仔細(xì)評(píng)測(cè)的重要因素。
獲得正確的信息
工廠基層控制器如可編程邏輯控制器(PLC)， 影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)(PAC)和過(guò)程控制系統(tǒng)(PC)控制著機(jī)器和裝置的運(yùn)行，并且從中收集數(shù)據(jù)。正確的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠有效地鏈接企業(yè)管理至工廠基層PLC，并且下連至裝置層面。然而，普遍存在的數(shù)據(jù)透明度既可以授權(quán)也能被極度壓制。篩選和選擇數(shù)據(jù)是成功的網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵。各種類(lèi)型的管理展示板和其它商業(yè)智能和分析軟件應(yīng)用能夠集中于高層決策所需的關(guān)鍵指標(biāo)、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)和其它數(shù)據(jù)。
快速的信息流?
與通常經(jīng)歷的延遲不同，當(dāng)上網(wǎng)沖浪或發(fā)送文件給附近的打印機(jī)時(shí)，機(jī)器對(duì)機(jī)器通信的即時(shí)性需要更多的帶寬，但速度值是相對(duì)的。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，*終，工業(yè)所期望的網(wǎng)絡(luò)速度可以達(dá)到每秒千兆比特范圍，相當(dāng)于更快地傳輸更多的數(shù)據(jù)。
單獨(dú)數(shù)據(jù)速度不一定會(huì)提高進(jìn)程速度，盡管近似的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流有助于擴(kuò)大協(xié)作提高工作流程的效率。僅當(dāng)相稱(chēng)的過(guò)程和網(wǎng)絡(luò)組件保持同步時(shí)，才能完全實(shí)現(xiàn)高速信息的全部?jī)r(jià)值。
典型地，只有極快速的涉及運(yùn)動(dòng)控制和精密自動(dòng)化的制造過(guò)程需要適合高視覺(jué)、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和算法的帶寬。對(duì)于大多數(shù)制造和過(guò)程應(yīng)用，*簡(jiǎn)單形式(10-100 Mbps)的以太網(wǎng)通常足夠快。雖然在今天的世界里，每家工廠都需要高效率，重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在生產(chǎn)能力而不是速度。對(duì)于任何特定的制造商，合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要在理想速度上正常運(yùn)作，以達(dá)到理想的生產(chǎn)能力。
考慮這些問(wèn)題
來(lái)自工廠的實(shí)時(shí)原始數(shù)據(jù)通常沒(méi)有達(dá)到管理水準(zhǔn)的要求，在大多數(shù)情況下也是不需要的。在過(guò)去，由于獨(dú)特的環(huán)境和目標(biāo)，企業(yè)文化經(jīng)常把制造和行政管理作為單獨(dú)的實(shí)體來(lái)定位。通過(guò)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快照或展示板來(lái)提供智能診斷、質(zhì)量控制、客戶服務(wù)和有效生產(chǎn)計(jì)劃、日程安排和生產(chǎn)推進(jìn)，企業(yè)級(jí)整合能夠?yàn)橹圃焐處?lái)顯著的好處。
打包傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也使得以太網(wǎng)成為診斷監(jiān)控和故障檢修的理想工具。對(duì)先進(jìn)監(jiān)控和工廠診斷的需求正在增長(zhǎng)，這將加快每個(gè)周期的數(shù)據(jù)流動(dòng)，從而提高速度。
標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)獲廣泛宣稱(chēng)為非專(zhuān)有的和較廉價(jià)的。理論上，這是真的。雖然，用于工廠流程領(lǐng)域的工業(yè)以太網(wǎng)零部件經(jīng)設(shè)計(jì)運(yùn)行于嚴(yán)酷環(huán)境、承受極端溫度、濕度和振動(dòng)，極大地超出受控環(huán)境設(shè)施的條件。因?yàn)樗鼈兊闹圃旄鼒?jiān)固，所以工業(yè)級(jí)零部件*初的花費(fèi)更多。然而，它們是為顯著延長(zhǎng)的服務(wù)壽命期間的可靠運(yùn)作而設(shè)計(jì)制造，因而總體擁有成本實(shí)際上降低了。
從辦公室層面至工廠層面，以太網(wǎng)應(yīng)用的擴(kuò)展需要使用帶有增強(qiáng)保護(hù)等級(jí)和至少5e (100 Mbit/s快速以太網(wǎng))類(lèi)別性能的RJ-45連接器。針對(duì)以太網(wǎng)(EtherNet/IP)，工業(yè)以太網(wǎng)(Profinet)，以及開(kāi)放式實(shí)時(shí)以太網(wǎng)(EtherCAT)，更新的M12圓型連接器正成為市場(chǎng)上更通用的以D代碼配置的產(chǎn)品。無(wú)線可以用于覆蓋距離并且也能分布在不容易布線的工業(yè)區(qū)域。在石化工廠，無(wú)線通信越來(lái)越多地成為基準(zhǔn)。某些更新的設(shè)計(jì)由小型太陽(yáng)能面板供電。以太網(wǎng)將得益于新出現(xiàn)的無(wú)線技術(shù)。
許多公司為嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用選擇配置光纖技術(shù)。相比銅纜，光纖電纜可提供更快的速度，更大的帶寬、距離和更好的抗噪性能。雖然在大多數(shù)情況下，光纖系統(tǒng)成本較高且與**系統(tǒng)的兼容性問(wèn)題存在疑問(wèn)，隨著更多的企業(yè)轉(zhuǎn)向全企業(yè)融合，工業(yè)光纖線纜解決方案未來(lái)可能在工廠基層為數(shù)據(jù)完整性提供關(guān)鍵性能。(作者：Molex公司Rick Griffin)

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