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自動化工業中的乙太網路(二) 全廠自動化的EtherNet/ IP
 

【作者: ADI】   2018年05月11日 星期五

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在本系列文章的第一部份中,我們深入探索了乙太網路在自動化工業中的卓越性,其中包括了許多相對於傳統現場匯流排(fieldbuses)的優點。對於初入門者而言,乙太網路解決方案提供了優越的頻寬、能源效率、與裝置選項—這些都源自於基礎技術的彈性、數十年的開發、以及成熟的供應商社群。


在本篇當中,我們將會探討EtherNet/ IP並檢視其要如何在全廠自動化與控制系統當中實現。該標準是以乙太網路為基礎並且大部分相容於現有的基礎架構,在增強工廠效能與精簡成本控制方面來說,這個特點使其成為了首選。


「單一系統架構,使用開放式、工業標準網路技術例如乙太網路,對於在競爭激烈的生產環境中實現彈性、可見性、以及效率而言是至關重要的。」Cisco與Rockwell Automation的2011年聯合出版中是如此解釋的。


以EtherNet/IP為自動化基礎

廠房與企業網路的應用層通訊協定

有一份針對200個受訪者的控制工程調查中顯示,乙太網路有部份是因為其具有機動性,以及2013年11月的的無線研究中都認為EtherNet/ IP是這個群組當中最廣獲使用的工業通訊協定,遠遠領先於其它現場的通訊協定。有超過70%的受訪者回報在他們的工廠中所使用的是EtherNet/ IP。


EtherNet/ IP的受歡迎程度橫跨了採礦業和汽車製造業等多個產業。特別是在工廠自動化方面,EtherNet/ IP能夠支援眾多應用裝置的匯聚,同時確保即時的性能。在整個工廠中使用乙太網路,EtherNet/ IP將可以連結工業以及辦公室的通訊。


EtherNet/ IP可以依據Cisco與Rockwell自動化的匯聚式全廠乙太網路(CPwE),這個工業網路設計的參考架構來加以實現。其專注重點是在於透過更廣大的企業網路,經由朝向裝置運作的標準網路服務來實現工業自動化與控制系統應用裝置的整合。EtherNet/ IP可以實現這樣的佈局。


在實現全廠的EtherNet/ IP時,其網路必須要以layer 2與layer 3多重交換階層組織加以結構化,並且依據每個裝置的功能性還有它所應具有的性能與可使用性需求予以區域分割。在最底層的部份,可能會具有致動器、機器人等等,上一層則是驅動與批次控制的應用裝置,而最頂層則是企業網路。


深入研究此EtherNet/ IP設定的更細項功能中,VLANs可以用來分割工業與非工業交流,而相類似的則是在封鎖生產與企業區域時,防火牆將會是必要的。此外,受到管理的工業乙太網路交換器可以為網路提供基本的彈性、迴路預防、多點傳送管理、診斷、以及其它服務。十億位元光纖上行鏈路以及冗餘路徑,還有依據工廠物理佈局建模的邏輯拓墣都支援彈性網路。


利用EtherNet/ IP的匯聚式全廠乙太網路能夠達成什麼

有經驗的工廠操作員擁有可供設定EtherNet/ IP的豐富資源。此外,製程也會因為利用標準的EtherNet/ IP此未經修改的乙太網路拓墣而獲得紓緩。但是由CPwE所指導的EtherNet/ IP實現方案究竟能夠為企業帶來什麼呢?


使用EtherNet/ IP之類以乙太網路為基礎的通訊協定,其最基本的好處就是來自於成本效益、彈性、以及乙太網路與IP技術的演進。使用現有技術去實現分佈式自動化的模組化標準也存在著類似的優點。這些好處有助於解決如下的難題:


**系統維護:乙太網路是一個以傳統為基礎、自動化與控制系統的良好替代方案,因為它比較容易與企業整合,而且在維護上成本較低。此外,乙太網路與IP方面的人員和專業知識也更容易獲得。


**資料管理:使用以乙太網路為基礎的通訊協定具有更高的可用性,並且具有即時特性的性能。使用單一網路可以簡化橫跨許多應用裝置與系統的資料管理。


**與業務流程的整合:介於廠房與企業系統之間的聯結可以促進更快速的決策制定。針對工廠的特定設計以及廣泛的驗證可以確保可靠度與耐用性。


最後,在全廠自動化方面使用EtherNet/ IP這類型的乙太網路通訊協定將可以在使用易於維護之乙太網路與IP標準的狀況下符合對於決定性性能的需求。工業乙太網路在自動化工業方面是可行的,因為這種將能力與便利性的結合可以持續的推動其能力以超越傳統現場匯流排。


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