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自動化工業中的乙太網路(一)選擇工業乙太網路解決方案的原因和應用方法
 

【作者: ADI】   2018年05月11日 星期五

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現今全球各地的製造工廠都在仰賴乙太網路解決方案來實現工業應用所需的即時性能和耐用性。相較於傳統的現場匯流排,乙太網路在速度上更快,處理大量數據的能力也更佳,最終,還可通過卓越的能源效率和更高效的設備來節省更多的能源。它也可以作為單一的聯網技術,將廠區中的自動化系統連接到在控制之下的企業IT,此舉不僅可提高性能,同時還可簡化整體的網路設計。


乙太網路為什麼在製造的應用中有如此出色的表現?而它又是如何實現這樣的出色表現?其背後的原因有很多,但有幾點值得注意:


●為避免發生碰撞(collision)的情形,大多數的工業乙太網路現在都是以全雙工的方式運作。儘管以半雙工的方式運作可能會發生碰撞的情形,但在碰撞與訊框的比率超過某個臨界值之前,它們可能還不算是問題。然而全雙工則可以完全避免碰撞[1]。


●像設置工業乙太網路的其他常見環境一樣,如風電場、石油和天然氣精煉廠,工廠也經常受到惡劣環境和操作條件的影響。操作人員必須考慮到振動,微粒物質和極端溫度,但他們可以考慮在自動化和控制系統中使用工業乙太網路的電纜和連接器,以克服這些情況所帶來的挑戰。


●工業乙太網路可為拓墣和協定提供多種選擇。例如,雖然星形拓墣是商業乙太網路主要使用的拓墣,但工廠可以不必採用它,而使用環形拓墣來實現冗餘和快速恢復。此外,諸如EtherNet / IP和EtherCAT等協定涵蓋了廣泛的使用案例和系統設計。


●在這一系列探討工業乙太網路為製造業所帶來的效益的文章中,將先說明為什麼乙太網路已成為廠內自動化的一種可實行選擇。在這樣的基礎上,我們將進一步探討乙太網路和Wi-Fi的未來進展將如何協助工廠朝向物聯網發展,之後還將討論如何在整個工廠實施圍繞著EtherNet / IP所建構的網路。


乙太網路在自動化領域發展的過去和未來

標準化和性能造就所有的差異

乙太網路的發展在數十年前就開始了,已培養出了陣容堅強的製造群,以推動產品生態系統的快速發展。隨著乙太網路性能的提高,速度和成熟度的結合使乙太網路成為一種可行的方案,可用來替代為基於串行介面所打造的協定。


例如,考慮開發控制器和交換器以支援基於乙太網路的自動化系統。當今的晶片可以透過即時作業系統進行修改,以支援確定性處理,而其I / O控制器則可與從EtherNet / IP到Modbus / TCP的任何工業自動化協定搭配使用[2]。


這些產品象徵著工業乙太網路在現代化製造工廠中所能執行的工作。週期響應時間可以優化,同時防止不必要的斷開。另一項效益是,乙太網路社群的供應商和標準組織則是藉由自動化解決方案,提供持續性的支援,以克服許多的挑戰。


ARC諮詢集團副總裁Chantal Polsonetti在2013年<自動化世界>(Automation World)的一篇文章中解釋指出:「乙太網路和無線網路兩者的頻寬都比大多數專用自動化網路的頻寬來得大,而且在很大程度上是依靠已建立的標準化組織和廣大的供應商基礎來實現持續性的發展[3]。特別的是,乙太網路已經展示出它能夠在正確的時間將正確的數據可靠地送到正確的位置,而製造商則同時在廣泛地應用無纜線的無線儀器來應對業務上所面臨到的各種挑戰,從改進的流程性能、可靠性和效率到符合政府的命令要求等。」


對於要整合到物聯網中的自動化系統而言,乙太網路獨特的性能特性也很有用,它可作為這些系統的基礎。物聯網所承諾的大部份概念是使用即時的數據和活動而不是歷史資訊來支援決策的制訂。Polsonetti在她的文章中指出,系統級別可以改進,從而克服機器和設備級別的限制。


在本系列的下一篇文章中,我們將回到我們已經介紹過的幾項主題,即EtherNet / IP和PROFINET等工業乙太網路協定。然而,我們不再探討它們的基本特徵,而是研究如何在工廠中實施它們,尤其是在整個工廠的自動化和建立匯聚式網路的服務,而這是工程師和IT的關鍵利益所在。


參考文獻


[1] “How to Avoid Collision in Ethernet Port.” Cisco Support Community, July, 2008.


[2] Industrial Networking ICs. Innovasic.


[3] Chantal Polsonetti. “Ethernet and Wireless Enable Manufacturing Internet of Things.” Automation World, July, 2013.


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