Part 2.自动化行业中的全厂自动化中的以太网/IP

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在本系列第一部分中,我们探讨了以太网在自动化行业中的重要性,1 谈到了其相对于传统现场总线的优势。对于初创企业来说,以太网解决方案具有卓越的优势、能效比和设备选择自由性,这些优势全部来自其底层技术的灵活性、数十年的发展以及供应商群体的成熟度。

在本部分,我们将看看EtherNet/IP®,并考察如何在全厂自动化和控制系统中实施EtherNet/IP®。该标准以以太网为基础,基本兼容现有基础设施,这使其成为提升工厂性能、优化成本控制的绝佳选择。

思科与罗克韦尔自动化有限公司(Rockwell Automation)在2011年联合发布的一份出版物中解释道,“在竞争激烈的制造环境中,要实现必要的灵活性、可见性和效率,采用开放式行业标准网络技术的单一系统架构显得至关重要。”

 

EtherNet/IP是自动化的基础:一种同时面向车间和企业网络的应用层协议

在2013年11月开展“移动性、以太网和无线网络调查”时,Control Engineering(控制工程)杂志调查了200名受访者,结果发现EtherNet/IP是同类中运用最广泛的行业协议,远远领先于同领域的其他协议。3 超过70%的受访者称其设施中采用的是EtherNet/IP。

EtherNet/IP的受欢迎程度因行业而异,就如矿业和汽车制造业一样。具体地,以全厂自动化为例,EtherNet/IP可以支持多种应用的融合,同时还能确保实时性能。在整个工厂全面部署以太网,EtherNet/IP可以连通工业和办公通信。

EtherNet/IP可以依据思科与罗克韦尔自动化有限公司的融合型全厂以太网(CPwE)架构实施,后者是一种面向工业网络设计的参考架构。4 其目标是通过面向设备的标准网络服务,把工业自动化和控制系统应用与范围更广的企业网络整合起来。EtherNet/IP为这一目标创造了条件。

在全厂实施EtherNet/IP时,需要对网络的结构进行特殊设计,以各设备的功能及设备可能存在的性能和可用性要求为基础设计第2层和第3层多路开关层级结构以及区域分割方案。最低层次有执行器、机器人等,驱动、批量控制等应用处于上一层次,企业网络则位于最上层。

深入挖掘这种EtherNet/IP配置的细微特性,就能发现,可以用VLAN来分离工业流量和非工业流量,通过防火墙来隔离生产区域和企业区域。另外,托管型工业以太网交换机可为网络带来必要的弹性、环路预防、多播管理、诊断和其他服务。千兆光纤上行链路和冗余路径以及基于工厂物理布局的逻辑拓扑结构则为弹性网络提供了强力支撑。

 

基于EtherNet/IP的融合型全厂以太网的优势

经验丰富的工厂运营方拥有充足的EtherNet/IP配置资源。另外,EtherNet/IP采用的是未经修改的标准以太网技术,为这一过程提供了便利。基于CPwE的EtherNet/IP实施指南能为企业带来哪些好处?

采用EtherNet/IP一类基于以太网的协议的基础优势源于以太网和IP技术的成本优势、灵活性和发展成熟度。通过现有技术来实现分布式自动化的模块化标准也存在类似的优势。这些优势有助于解决诸如下列问题:

  • 系统维护:以太网是传统型自动化和控制系统的良好替代方案,因为其与企业系统的集成更加容易,维护成本也较低。另外,以太网和IP技术领域的人才和专业知识也更加容易获取。
  • 数据管理:采用基于以太网的协议可以提升可用性、性能和实时特性。采用单一网络可以简化横跨多个应用和系统的数据管理工作。
  • 与业务流程的集成:连通车间和企业系统有助于加快决策过程。因厂制宜的设计和广泛的验证机制可以确保可靠性和可持续性。

最后,将EtherNet/IP一类的以太网协议用于全厂自动化可以满足对确定性性能的要求,同时还能采用易于维护的以太网和IP标准。工业以太网集强大的实力和便利性于一身,不断超越传统现场总线,因而成为自动化行业的可行选择。

 

参考文献

1 “自动化行业中的以太网第1部分:工业以太网传感器的优势和作用,”ADI公司,2014年12月。

2 “关于EtherNet/IP全厂部署的十大建议,”思科系统公司和罗克韦尔自动化有限公司,2011年10月。

3 “最常用的以太网协议,” 控制工程,2014年7月。

4 融合型全厂以太网,思科。