以太网技术的工业应用优势

作者：Rockwell Automation, ODVA

欢迎访问e展厅 展厅 5 现场总线/工业以太网展厅 主站板卡, 现场总线适配器, ... Ethernet TCP/IP技术与Devicenet、Controlnet和Profibus这些源于工业本身的通信协议不同，它最初并不是一种工业协议。然而，以太网作为一种网络技术，其实很长时间以来一直在我们周围应用着，它早已发展成为一种能够在不同平台间进行广泛便捷的信息访问的重要手段。毕竟以太网就是构建因特网的基础性技术，其历史久远，应用广泛，容易被非专业的工程技术支持人员掌握，是一种成本较低的网络技术方案。以太网技术允许信息在网内传递，尤其是还支持跨网络边界的信息传递，因此它同样成为工业环境下重要的通信工具。 Ethernet/IP是现有商用以太网技术的一种工业拓展，在商用以太网基础上采用了通用工业协议（CIP），CIP与Devicenet协议中所用的上层协议和对象模型是一致的。CIP允许产品开发员、系统集成商和最终用户可以为来自多个供应商的设备建立相同的对象和描述文件，使设备之间具有即插即用的互操作性。 基于CIP的网络技术的支持和推广组织是开放式设备网络供货商协会（ODVA），一个由包括罗克韦尔自动化在内的多个自动化厂商组成的国际性组织。ODVA对基于CIP的开放技术的开发工作进行管理，并通过一定的工具、培训和市场活动等手段对制造商和用户进行相应的CIP技术支持。 此外，ODVA还提供产品一致性测试，帮助确认产品符合CIP协议规范，能够在多个供应商系统上顺利运行。 以太网在生产线上的优势 生产设备的通信不便必然造成生产线上的问题。Ethernet/IP的优势就在于，它能够在需要的时间和地点传递正确的信息，并进行正确的控制。商用以太网技术与Controlnet技术相比，网络健壮性不足，而与Devicenet相比则扩展性方面又不够，Ethernet/IP在网络连接过程中很好地弥补了商用以太网技术在这两方面的欠缺。由于Ethernet/IP实现了设备在更宽的网络中即插即用的连接，故通过Ethernet/IP连接的系统可以利用一个标准的Web浏览器，传递诊断信息。例如，当一个传动装置的警告或故障信号被触发时，相应的文本通知消息就可以同样通过Ethernet/IP传送到寻呼机或者移动电话上。 以太网连接技术的最大优势之一，就是无论是诊断数据还是控制信号，都能在网络内部和不同网络之间进行流动。其实，它在实际现场工程中还有一大优势，就是能节省大量的劳动力和材料成本，因为它不需要安装那么多现场I/O模块机架，也节省了遍布各处的通信线缆。例如，离散的或者点对点连接的传动设备，需要大量的离散和模拟I/O模块，并要通过电缆连接到控制面板以及实现面板互连。另一方面，在安装过程中用户也必须花时间来弄清楚连线情况。以后一旦I/O运行有了问题，用户还得重新识别连线。利用Ethernet/IP网络技术，则可以避免上述问题。 以太网通过管道和中继技术，用一条单一电缆取代了众多的接线。大量的传动设备都可以通过这条电缆联网，而且一旦建立了以太网连接，设备的功能测试就成为一件非常简单的事情，用户只需要从任何一台PC上直接“Ping”一下希望测试的设备即可。 利用软件工具，Ethernet/IP赋予用户一个系统的可视化窗口，使其能够完全访问计量数据、诊断值、配置参数和故障信息等。因为能够及时看到这些信息，现场人员就有时间在生产线问题影响到后续流程之前就对其加以更正和处理。另外，如果发生了一个系统故障，维修人员将及时得到故障信息，从而有助于解决问题。 当一个传动装置或电机装置的运行即将超出所设定的参数范围时，传动装置软件或控制器软件就会立刻直接向用户发出通知让用户知道这种情况。该传动配置软件可以给现场人员发送E-mail警报或者页面警报，其选项包括：“问题发生前发送”、“问题或故障发生后发送”、“警报或故障清除后发送”等。E-mail信息中将出现一个超级链接，点击它可以自动生成一个Web浏览页面，然后直接联系到发出警报的传动装置上。 浏览器还会另外提供一个软件工具，进一步实现对信息的完全访问。Ethernet/IP软件不但为第一线的设备支持直接提供了有用的工具，Ethernet/IP还为机械制造商提供了一种高效低成本的故障检修方法，让他们更容易签定技术支持合同。这种在线维护能力大大节省了用户成本，让工程师们不用在广阔的现场区域四处巡视、维修和调校系统设备。 稳定可用的无线以太网技术可以让设备生命周期维护更为简单，使维护人员可以自由在线漫游到任何发生问题的地方。一块安装在移动电脑或手持设备上的无线以太网卡、工厂现场的无线访问接入点是保持无线网络连接的必要条件。这样一来，移动电脑在提供问题报警手段的同时，还充当了修复问题的工具的角色。 Ethernet/IP协议应用于采矿过程 采矿行业中的自动化设备也倾向于采用开放性标准，来为设备提供开放网络通信和互操作性的优势。 David Reid是澳洲昆士兰先进技术研究中心专门从事CSIRO勘探采矿技术的高级研究员。Reid正在试图通过采矿应用中的实时自动化（RTA）技术，实现采矿设备的标准化控制。为实现这一任务，他选择了Ethernet/IP协议。 “作为自动化项目的一部分，我们还引进了一些使能技术，其中相当一部分还是军事专用的惯性导航系统，以及坚固耐用的无线以太网产品”，Reid说道，“地下的采矿环境是相当恶劣的，采用标准技术是主要手段，因而在采用新技术方面，采矿业显得比通用行业落后一些。” 为了应对地下的恶劣环境，在90t重、50英尺长的自动化剪煤机上安装了惯性导航系统。自动化剪煤机在地下的移动速度达到50英尺/min以上，因此在这种移动剪切机上的导航系统必须封装在一个金属盒子中。这个金属盒是利用至少35mm厚的固体金属板材焊接而成的，然后才被焊在或者铆在剪切机上。 “我们需要一种通信和控制标准来实现现有设备和新设备之间的互操作，并满足采煤业用户对非专有的开放系统的需求”，Reid谈到。 这一采矿业的标志性项目得到了澳洲采煤行业协会的资助。CSIRO研发的技术和RTA必须适用于多家供应商提供的多种采煤设备，为此，他们从众多的协议中选择了Ethernet/IP。其选择主要基于以下原因： (1)尽管项目最初的需求不是很多，但以后会大量出现新的需求。例如，最终可能会需要在设备上安装工业相机。 (2)条件监测将收集环境变化数据，这将涉及大量的文件信息传输。 (3)系统不但包括通用的硬接线式的以太网，CSIRO还计划采用无线以太网来实现移动剪切机的大范围通信。相比之下，无线电波将比电缆更能适应这样的恶劣环境。 “由于工程队伍在与有名设备装置打交道，所以倾向于选择一种厂商提供的简单的TCP/IP协议” Reid先生说，“但我们避免了这样的结果，因为我们还是希望保持系统将来的开放性、可扩展和易维护。CIP协议的优势已经通过Devicenet得到了证明，而且这个协议规范是公用的，可以得到广泛支持。” 该项目还需要一台中央过程控制器作为Ethernet/IP中央服务器。现有的设备，包括剪切机、防渗漏支持系统和惯性导航系统等，都将作为Ethernet/IP服务器。 原载MM《现代制造》杂志(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/26/2006)