对于一家设计和创造从加工到包装的食品生产线解决方案的公司来说，通用性是一个口号。弗瑞森的公司。（www.friesensinc.com)追求多功能性，并将以太网作为其工具包中的支柱，因为使用流行的通信体系结构可以简单地切换和交换外围设备。
底特律湖，明尼苏达州总部位于美国的系统集成商公司在为制造和包装作业建造输送带、倾倒机和其他系统时，不断地将控制器和外围设备结合起来。一些设备要求非常高的性能，因此弗里森转向了实时版本的以太网，由EtherCat技术提供Beckhoff自动化（www.beckhoff.us)。
Friesen 's产品开发总监Kari McAllister表示:“EtherCat输入/输出(I/O)系统提供的软件和通信终端可以简单连接任何以太网TCP/IP、串行RS232和CANopen设备，简化了我们的设计和机器制造工作。”EtherCat本质上是即插即用的，所以当我们添加一个新的终端时，Beckhoff的TwinCat系统管理器可以自动识别它。”
增加各种设备的便利性促使越来越多的外围设备供应商在其产品中增加以太网连接。一些公司取消了传统的现场总线端口，而另一些公司则为客户提供了选择。许多终端用户正在放弃现场总线，以获得安装和维护的便利性。
“以太网外围网络允许工厂工程师放弃专门的通信适配器
的控制和应用工程师Henry Loos说应用机器人（www.appliedrobotics.com“这再加上制造商提供的大多数以太网外设包含的软件包，使这些设备的设置和故障排除变得更加简单和高效。”
随着越来越多的外设通过以太网直接连接，前厅经理可以更容易地看到生产线的运行情况。只有一种通信技术的扁平架构可以用于整个公司，减少维护成本并简化信息技术(IT)人员的工作。
Beckhoff I/O系统产品专家Kurt Wadowick说:“以前只有通过本地访问和特殊硬件才能获得的数据，现在可以通过标准以太网网络上的所有站点获得，这基本上是整个设施的办公网络。”
现在以太网已经进入了大量的制造设施，它正在越来越多地取代现场总线。淘汰旧的总线提供了更多的通信能力，并消除了额外的布线，从而降低了成本并简化了维护。
Loos说:“以前的外设仅限于RS232、-422或-485连接，需要网关和桥接才能参与以太网网络，现在的外设可以直接进行连接和通信。”他解释说，当EtherNet/IP Tool Changer模块可以用来取代以前只提供DeviceNet的模块时，连接现场总线到以太网的网关就可以被消除。添加直接的EtherNet/IP支持可以降低成本，消除故障点，并提供增强的特性。
注意细节
在添加外设时，用户可以通过密切关注小细节来避免问题。在工业环境中，电缆和连接器总是很重要的方面，在工业环境中，振动可能导致组件抖动松动。当速度提高时，电磁耦合、终端和接地等方面就变得更加重要。当信号以非常高的速度通过布线时，甚至像双绞线中的扭曲这样的因素也会影响性能。
“人们在运行网络时面临的大多数问题都来自于安装操作，”位于密尔沃基的网络业务开发经理保罗•布鲁克斯(Paul Brooks)表示罗克韦尔自动化（www.rockwell.com)．“我们专注于物理连接，获得正确的连接器和电缆。”
为了应对这一挑战，罗克韦尔一直在寻找合作伙伴，以增强其能力。在电缆和连接器方面，该公司与连接器制造商合作泛达公司。（www.panduit.com)、伊利诺伊州廷利帕克(Tinley Park)。撰写最佳实践指南。全球设备供应商面临的一个挑战是，连接解决方案可能因地区而异。
“在许多应用中，非屏蔽电缆比屏蔽电缆更好，”布鲁克斯说。“在北美做屏蔽的最好方法不一定对欧洲最好。不同的接地方法会影响屏蔽装置的安装。”
当公司转向千兆以太网(GigE)时，电缆和连接器的重要性变得更加重要。到目前为止，这个版本主要用于骨干。但随着产量的增长和长期工业需求的增加，GigE的作用可能会增加，包括高性能外围设备。
虽然使用千兆需要在安装和维护时更加小心，但回报是显而易见的。外围设备可以在更短的时间内传输更大量的数据，网络可以处理来自更多连接设备的流量。”
监控性能
随着网络上外围设备数量的增长，许多这些节点的复杂性也在不断增加。随着精密设备数量的增加，用户希望更多地了解它们的性能。这将焦点转移到以太网的诊断功能上。该网络提供的服务远比仍在许多工厂使用的现场总线提供的服务要广泛得多。监视网络上的每个外设变得越来越容易，因为这些设备集成了改进的网络连接。
“将以太网添加到外围设备中，可以提供更广泛的诊断和编程功能，”Loos说。他解释说，远程监控和记录关键生产数据的能力，同时将其传输到工厂现场控制，极大地提高了效率和资源管理。
这种将数据发送到许多不同地点的能力对实施精益实践和准时交付的公司来说是一大好处。随着以太网数据速率的提高，设备发送诊断信息变得越来越容易，同时这些机器也在发送和接收日常控制命令。
“诊断和维护功能可以同时执行，以增加机器的可用性，”公司的产品营销经理瑞安·莱格(Ryan Legg)说西门子能源与自动化（www.sea.siemens.com)，西芝加哥，伊利诺伊州。他补充说，当出现问题时，用户可以求助于网络进行分析。通过使用HTML标准网站可以快速诊断系统故障，这些网站可以在本地和远程为连接的设备提供服务。
可收集的数据类型不断扩大。EtherCat用户具有诊断功能，如所有网络设备的链路、从属状态、从属状态、工作计数器、网络所有点的CRC错误、丢失帧等。这些可以很容易地集成到他们的整体自动化系统中，”该公司北美代表乔伊•斯塔布斯表示EtherCat科技集团（www.ethercat.org)。
了解一家挪威制造商是如何通过将摄像机和其他外设移动到TCP/IP以太网网络来实现扁平架构的。访问http://bit.ly/awfeat_034
有了无处不在的网络可用的所有工具，用户可以更容易地识别可能的系统故障，断行或在调试和整个机器寿命期间的其他问题。这种故障报告可以非常精确，为技术人员提供潜在问题的确切位置，以便他们能够非常快速地解决问题。
未来，外围设备将能够告诉控制器何时临近计划维护时间或何时可能需要其他维修。预测能力正在迅速扩大，一些系统甚至在需要维护的时候直接通知人类。“外围设备正变得更加主动，将诊断信息发布出去，并使用电子邮件等工具发送警报，”布鲁克斯说。
以太网的功能可以扩展到局域网提供的基本通信之外的其他领域。为帮助管理这些网络而开发的一系列工具，可以帮助公司削减开支，并通过减少能源消耗来响应绿色的驱动。某些外围设备在不需要时可以关闭。
能源效率甚至可以通过Profinet协议的简介Profienergy实现。它可以在适当的计划时间关闭单个负载甚至生产单元，以实现更高的能源效率，”Legg说。
满足复杂的需求
对于许多应用程序，以太网已经有足够的带宽来满足所有需求。但对于大型、复杂的安装，网络会持续受益于商业产品所需的升级，随着时间的推移，这种升级会波及到工业产品。当外设从现有现场总线转移到以太网时，带宽的增加是惊人的。
布鲁克斯说:“当人们说以太网以100兆位的速度运行时，它实际上并没有以这个速率运行。”“如果你有一个有8个端口的交换机，8个外设都以100兆位的速度运行，使它更像是800兆位/秒。这与Profibus在128台设备上共享的1.5兆比特相比是很大的变化。”
以太网的更高性能使得它可以在微秒范围内而不是毫秒范围内执行扫描速率。这使得工程师可以创造更复杂的系统，比如运动控制。它还可以让集成商采用更低成本的驱动。
Stubbs说:“例如，这不仅影响数百个伺服轴的运动协调，而且也影响控制环的关闭，在过去，控制环必须在驱动器的局部关闭。”“现在这些循环(轨迹控制甚至调谐控制循环)可以通过网络关闭。”
Stubbs解释说，这使得驱动器供应商能够从驱动器中移除大量的处理能力、RAM和软件，从而允许使用更像哑放大器的驱动器。其结果是较低的成本和相当大的改进动态运动系统的性能。
随着以太网兼容外设的发展，它们正在利用微控制器性能的不断提高来增加更多的功能。今天的远程节点比几年前的一些中央控制器具有更强的计算能力。这些智能设备还能够以极高的速度完成极其复杂的任务。
莱格说:“在运动控制市场上，外围设备本身正变得越来越智能。“基于Profinet，使用等时实时技术可以实现高速等时驱动控制，用于高性能运动控制应用，支持周期时间小于1毫秒的应用。”
实时的定义因应用程序的不同而不同。一些以太网变体使得以更高的速度进行采样成为可能。例如，EtherCat还启用了现场总线周期之间的过采样。这将速度提升到亚毫秒范围。
“如果现场总线已经以200 μ s的扫描速度完成了每次扫描200个样本的过采样率，那么每1 μ s就有可能获得一个读数。这是每秒1,000,000次读取，”贝克霍夫自动化公司的Wadowick说。
另一个好处是，当带宽随时可用时，各种设备都可以在需要时访问数据。这可以让系统设计者和用户直接访问外设，释放控制器，使其计算能力可以用于其他任务。
“以太网的带宽使获取数据变得容易。您不再需要转到控制器。您可以使用人机界面(HMI)从外设获取信息;不需要经过控制器，”Brooks说。
尽管大多数产品都有足够的带宽可用，但纯粹的速度并不是所有问题的最终解决方案。在一些复杂的应用中，如运动控制，同步时钟可能与确保消息能够快速传递同样重要。
IEEE标准1588解决了这个问题。时钟同步协议对分布式时钟进行同步，同步精度小于1微秒。Wadowick说:“IEEE 1588 EtherCat主时钟终端EL6688通过将1588的精确时间协议绑定到特级时钟设备，允许连接非常精确的主时钟。”“例如，现在带警报的人机界面屏幕可以在整个工厂同步到一个精确的时间时钟，每个显示器产生的信息可以相互关联，使更有意义。这在以前的工厂是一个非常困难的问题，因为工厂有很多人机界面屏幕，这些屏幕都是基于每个计算机站上的单个时钟。”
应用机器人（www.appliedrobotics.com）
Beckhoff自动化（www.beckhoff.us）
EtherCat科技集团（www.ethercat.org）
弗瑞森有限公司（www.friesensinc.com）
泛达公司。（www.panduit.com）
罗克韦尔自动化（www.rockwell.com）
西门子能源及自动化(www.sea.siemens.com）
