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博客: 单对以太网 — 不同方案中的系统采用情况

第 3 部分:流程自动化中的系统采用

虽然目前工厂自动化网络主要基于以太网标准,但以太网在过程自动化领域的应用仍在不断发展。为了应对并实现工业 4.0 和工业物联网的业务模式,Namur 发布了一个开放式架构(NOA),定义了跨所有层到云端的通讯概念。Namur 还发布了一份文件,确定未来的过程自动化网络将是以太网 IP 网络。FieldComm 小组与 PI 和 ODVA 组成了一个小组,在很大程度上推动了 IEEE 的进展,并确定了他们的系统要求,以便快速应用到现场。

图中显示的是加工厂中的不同区域,用于处理不同级别的本质安全和危险区域(如 0 区)中的环路供电或单独供电设备。网络本身采用众所周知的支线和干线拓扑结构,可为多达 50 台设备供电,每台设备的电流最高可达 500 mA。此外,还可以重复使用现有的电缆和装置,从而减少系统设计的工作量和集成时间。因此,流程行业的重点是不断用 APL 替代现有的现场总线装置。

工厂自动化系统的采用

与流程工业相反,工业以太网是工厂自动化行业的主流网络。然而,这也限制了 SPE 在过程自动化行业中的优势,即:占地面积更小、电缆重量更轻、电缆长度更长、更坚固耐用、更易于通过一个工具环境进行安装和维护。

现在的挑战是如何将这些优势引入现有的基于 IP 的网络,因为这些网络已经支持当前许多数据驱动型业务模式。面临的挑战是多方面的。有些工业以太网标准的规格中没有 10Mbit 传输速度,或者刚刚开始涉及 10Mbit 传输速度。

作为过程自动化 APL 的主要推动者,几家传感器制造商早在 2007 年就开始积极调整 IO-Link 标准中的需求。IO-Link 支持参数化、诊断以及与“工业 4.0”生态系统的完全集成。然而,在 1000 m 长的 SPE 上传输 IO-Link 框架将把以前的点对点传感器网络转变为一种现场总线。需要进行定位讨论,以解决和避免混淆。尽管存在这些技术问题,但工厂自动化的一个关键问题是哪些用例可从 SPE 中受益。目前,PI、ODVA 和 IO-Link 的多个小组正在讨论和评估这些用例和潜在的现场集成方案。IO-Link 协会发布了一份白皮书(IO-Link Consortium, 2020),其中提供了几个部署方案实例,并选取了一些棕地安装的样本:

SPE installation in IO-Link eco-system (source: IO-Link Consortium 2020)

The example allows integrating IP67 SPE master into an existing installation of IO Link and binary sensors and devices. The proposal in the whitepaper takes SPE mainly as a transport medium for IO-Link Frames.

IO-Link data integration into Ethernet hardware and datagrams (source: IO-Link Consortium 2020)

A software based Ethernet to IO-Link adapter allows to maintain the data format and use the range extension and other SPE benefits by maintaining the opportunity to keep the existing infrastructure and installations alive.

赫优讯参加了 PI 的多个工作组,为 PROFINET 的 SPE 讨论做出了贡献。我们还参与了 IO-Link 工作组的工作,评估将两种标准互补整合到现场的好处和挑战。在 IEEE,我们分享 802.3cg 标准中剩余开放主题的讨论,并参与 ODVA 关于 SPE 主题的讨论。我们的目标是帮助建立一条将 SPE 低成本集成到现有系统中的迁移路径,并利用我们在通讯和产品方面的能力为此提供支持。

参考资料

‌IO-Link Consortium (2020),Gringauz、Moritz、Lindenthal、Witte;单对以太网传输的 IO-Link 扩展概念研究(白皮书)

相关链接

了解有关 SPE 的更多信息,请参阅 Niels Trapp 编写的白皮书!单击链接下载。

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关于单对以太网的系列博客第四部分:要解决系统采用、标准集成和在相关用例中发挥优势等方面的公开问题,业界还有很多工作要做。SPE 前景如何?

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