在工厂车间使用以太网之前,必须了解七个要素。 这里我们以Profinet标准为例来一一介绍。
1、网络布局 办公室的网络拓扑布局不适合工厂的生产车间,工厂/机器采用以太网拓扑布局。与办公室以太网基础设施通常采用在恒温环境下运行良好的商业级产品以及星形拓扑构建的交换网络不同,工业以太网架构经常面临多种不可预见的情况变化,因此需要一些额外的功能,例如 高速冗余。工业以太网将采用多种拓扑网络布局方式(星型、环型、树型、线型),并采用屏蔽电缆和金属连接器,具有更高的耐热性和抗冲击性。另外,工业以太网交换机一般由相应的自动控制系统集成商进行配置和维护。
2、通信协议对于控制系统集成商来说,最重要的是认识到以太网只是一种网络架构。要使其能够在自动控制设备之间进行通信,需要工业级通信协议。IEEE 802.3以太网标准定义了以太网架构的接线方式、数据读写规则和结构。虽然采用这种网络标准的不同设备可以在同一网段进行通信,但前提是它们必须使用相同的网络协议,或者说“通信语言”。Profinet 是一种专为工业应用而设计的通信协议。 它提供分布式 I/O、机器对机器连接、机器安全和运动控制等功能。
3.处理能力这并不是简单地由网络速度决定的,而是如何快速、准确地将数据传输到它应该去的地方。网络的处理能力无疑是最关键的因素之一,其衡量标准是单位时间内网络数据传输量。 提高这种性能的唯一方法是减少通信堆栈中的周期数。Profinet 通信堆栈中的周期数比标准以太网 TCP/UDP 实现的周期数少十倍。 这是因为Profinet为一些对时间要求严格的重要工作建立了以太网实时通道,同时其配置、诊断、路由和“批量数据传输”通信均通过标准协议进行。
4、网络配置 网络的简单设置是一方面,但更重要的是,实现通信的编程工作一定不能太复杂。 Profinet 通过配置而不是编程实现设备之间的通信。 系统集成商和最终用户通过配置对象对应的设备之间的内部通信的方法,而不是传统的编程和调试方法,可以节省至少25%的建设和调试时间。
5、提前规划仅仅考虑眼前的应用是不够的,当前的以太网必须能够满足未来所有可能的应用需求。 Profinet 使用户能够仅使用单个以太网,按照自己的节奏实施适合不同控制功能(例如点对点通信、分布式 I/O、机器安全、运动控制和数据采集)的高度集成系统 。 )的自动控制系统。 它还提供了未来可能的扩展。
6. 工业以太网从旧系统改造的要素不仅限于以太网本身。 如何与不同供应商提供的现有网络和机器集成并正常工作是必须考虑的问题之一。 由于Profinet使用标准以太网交换机和TCP/IP协议组件,因此基于Profinet的系统应该适用于整个自控网络,而无需额外的高端交换机或特殊功能,例如IGMP Snooping和VLAN。Profinet 还提供将不同供应商的产品连接到同一网络的解决方案。 通过XML,将每台机器视为一个组件,相对独立于内部核心控制系统,这就是以组件为控制单元的自动化概念。
7.费用对于工业以太网来说,最重要的支出不是构建网络的组件,而是设计、安装和维护。 Profinet和其他类似的工业以太网框架利用OPC和SNMP等IT技术成果来监控和显示网络状态。 另外,其诊断功能可以直接反映包括plc和SCADA系统在内的自动控制系统上的网络状态。 这样,无论是配置设置还是故障查找都可以在中控室完成,大大简化了操作。