美国包装公司(PCA)通过回收在集装箱板和瓦楞纸包装生产过程中丢失的木屑，节省了大量资金。尽管高管们很容易看到潜在的节省，但在负责堆放和回收废料的工程师们看来，潜在的问题很严重。
其中最重要的任务是将所有设备运到乔治亚州瓦尔多斯塔的设施。，共同努力。该项目核心的堆料回收机必须与原木装卸起重机、卸屑机和输送系统进行通信，这些系统都不使用相同的通信方案。他们都需要共同努力，以获得最大的利益。
“回收机的设计类似于一个巨大的链锯，有一个巨大的旋转臂，然后把木屑从库存中耙回来，装载到传送带上，”约翰·刘易斯说，Fulghum工业公司的工程副总裁，Wadley, Ga。美国林业设备生产商。他补充说，PCA的回收机使用由Allen-Bradley控制器调节的变频驱动器，与木场削屑机和剥皮机以及两个卡车倾卸机通信。
EtherNet/IP(来自ODVA的标准，以前称为开放DeviceNet供应商协会)是用于PCA回收器的协议，但来自Fulghum和其他公司的设备使用以太网TCP/IP(用于传输控制协议/互联网协议)。两个独立的控制系统必须无缝配合，反应时间要足够快，在出现安全问题或其他问题时发出警报。这是通过实现一个可编程自动化控制器(PAC)系统来解决的，该系统包括以太网/IP作为其处理的众多协议之一。
这种将许多协议链接在一起的能力——无论它们是以太网的变体还是遗留的现场总线协议——仍然是过去十年中发生的最大进步之一。以太网正在成为网络的主要物理介质，使通信系统能够携带许多协议。
位于加州Temecula的自动化供应商Opto 22的发言人说:“以太网已经流行了10年左右，但还不是所有人都接受。”“当他们这样做的时候，大多数客户希望把所有东西都放在一个保护伞下，这样他们就可以在企业内移动数据，在一个设施中使用以太网/IP之类的东西，并与使用另一种协议的另一个建筑物进行通信。”
这些协议让用户可以在几乎没有通信顾虑的情况下完成广泛的任务。以太网上广泛使用的TCP/IP方案解决了许多常见任务，使得同时移动许多不同类型的数据成为可能。
“使用以太网，可以进行很多多任务处理。控制、诊断和管理数据都在一个网络上，”位于乔治亚州诺克罗斯的供应商西门子工业公司的网络顾问Marty Jansons说。
更快的速度
最初，以太网进入工厂车间是因为它提供了与前厅网络的更多兼容性，同时还创建了一个扁平的层次结构，降低了复杂性并简化了维护。但在更短时间内传输更多数据的需求推动下，网络技术不断取得进步，这为它提供了另一种武器，帮助它与传统工业网络竞争。负责管理该标准的电气和电子工程师协会(IEEE)委员会继续推动其有线和无线版本的发展速度。
“关于以太网最大的问题是带宽，”Bill Wotruba说，他是Hirschmann的网络和连接产品总监，Hirschmann是宾夕法尼亚州钱伯斯堡的一家工业以太网组件供应商。“我们的速度是100 Mbaud(兆比特每秒)，而Profibus是2 - 5 Mbaud。使用无线以太网，根据版本的不同，你可以降至54 Mbaud，所以你仍然比许多其他网络拥有更多的带宽。”
以太网的带宽和承载许多不同协议的能力为用户提供了大量的选择。能够连接使用现场总线技术(如Modbus、DeviceNet和Profibus)的设备，可以轻松连接传统设备和不需要以太网功能的传感器等廉价产品。
在更高的层次上，出现了许多不同的协议，以解决不同自动化环境的不同需求。Profinet, EtherNet/IP, Modbus TCP, EtherCat和EtherNet PowerLink都是工业供应商可用的协议。在大多数情况下，他们不采用任何影响网络交换机和其他通信产品的重大更改。Opto22的发言人说:“大多数人不需要交换机做任何特殊的事情来来回发送信息。”“我们已经避开了以不同方式做事的技术。”
然而，协议提供了一些小的变化，可以帮助工厂车间经理提高效率。例如，Profinet强制执行一些协议，如链路层自由裁量协议。LLDP让以太网端口知道哪些设备连接到它们，从而更容易从各种设备中提取数据。位于亚利桑那州斯科茨代尔的Profibus贸易组织副主任卡尔·亨宁说:“LLDP最有趣的功能是在不使用任何配置工具的情况下复制出故障的设备，因此不需要拿出笔记本电脑。”“比如说，如果端口2上有这个设备，而你正在安装同样的设备，LLDP会告诉它它的名称和IP地址，而不需要任何软件。”
有些好处是普遍的。不管用户选择哪种协议，所有的以太网衍生产品都使管理人员更容易检查他们的网络，即使他们远离工厂。即使管理人员从远程站点进入网络，以太网的功能也能保护数据和网络。“你可以使用VPN(虚拟专用网络)方法进行安全远程访问，”Jansons说。
远程维护
这种能力也影响了设备供应商在现场维护产品的方式。互联网用户所熟悉的超文本传输协议(http)和文件传输协议(ftp)使制造商能够建立具有广泛工具和下载的网站，以及供操作人员和技术人员聊天的场所。这比将维护人员派到远程站点要有效得多。
“许多控制设备，如plc(可编程逻辑控制器)和交换机都内置了Web服务器，”亨宁说。这让你可以使用Web浏览器来配置设备或获取诊断信息，而不必在本地。对于原始设备制造商(oem)来说，这是一个令人兴奋的想法，因为他们既想减少运输成本，又想帮助客户维护设备。”
另一个好处是能够利用现有的图形用户界面(gui)和其他控制程序。设备制造商花费大量精力开发人机界面，以满足客户的需求，并为几台不同的机器提供类似的外观和感觉，从而使它们更容易使用。“用户不用离开他们的环境，就可以从他们的gui中配置相关参数，”位于密尔沃基的供应商Hirschmann Networking Technology的技术服务主管Jim Laurita说。
向以太网的转变也使公司更容易增加无线功能。Wi-Fi，即无线保真度，是主导现代网络的IEEE 802.11以太网标准的扩展。它在工业应用中的应用越来越多。可靠性已在全球恶劣的工业场所得到验证，消除了用户的担忧，即如果电干扰中断空中传输，数据包可能会丢失。无线以太网也从支持消费者和商业产品的强大基础设施中得到了显著的提升。
去年秋天，IEEE 802.11委员会批准了一个新版本802.11n，该版本将理论速度提高到每秒600兆字节。这比802.11g标准在当前产品中使用的54mbps提高了十倍以上。升级版预计将在消费者和商业应用方面有稳健的增长。总部位于纽约州Oyster Bay的ABI Research预计，2012年超过一半的Wi-Fi出货量将基于802.11n规范。随着工业网络采用这个新版本，Wi-Fi预计将开始给自动化中使用的其他无线协议带来更大的压力。
“许多工业设施中的无线网络都使用了针对速度、吞吐量和可靠性进行优化的专有协议，”密尔沃基供应商罗克韦尔自动化公司战略应用经理Cliff Whitehead说，“现在802.11n已经得到批准，这种情况可能会改变。它更可靠，具有多输入、多输出和使用多波段无线电的能力。”
这些变化使得无线链路更容易承载各种协议，并与许多不同类型的设备进行通信，而不会出现瓶颈。大多数观察人士指出，无线网络的协议功能和潜在问题与有线网络没有任何不同。最大的变化是在硬件方面，无线通信使工程师可以更容易地将小型摄像头和其他传感器放置在需要有线电缆时难以到达的位置。罗克韦尔自动化公司NetLinx产品业务经理Mike Hannah表示:“越来越多的终端用户意识到，他们可以在机器附近或船只内部安装IP摄像头等其他设备，以查看区域内的情况。
尽管无线技术正在许多不同领域取得进展，但人们预计它不会取代有线连接。在需要比无线网络提供更精确的计时的实时应用程序中尤其如此。“任何使用Profinet的应用程序都可以使用无线，除了运动控制，”亨宁说。“无线是一种共享媒介，所以没有定论，你可能会看到一些延迟。”
在802.11n进入工业领域之前，实施者将不得不注意无线链路相对较低带宽所带来的问题。这种速度的缺乏由于通常用于在整个无线网络中传输数据的节点对节点技术而加剧。如果一个处理大量数据移动的节点宕机，当其他节点接管传输时，它可能会在网络中的任何地方引起带宽问题。这些带宽问题加在一起会导致瓶颈，特别是以太网/IP。
“如果你试图通过无线发送以太网/IP，当很多东西开始响应时，你可能会遇到间歇性的问题，”Ira Sharp说，他是自动化供应商Phoenix Contact Inc.的无线专家，位于宾夕法尼亚州米德尔敦。“如果它没有设置为无线，您可以减慢其请求数据包间隔(RPI)。当用户从盒子里拿出一个PLC时，他们需要看看RPI。”
虽然主要的以太网兼容协议在很大程度上是兼容的，但观察人士注意到有一些差异。有些版本可以将消息多播到多个节点，而当用户希望将一条消息发送到多个节点时，其他版本需要稍微不同的方法。“EtherNet/IP有点不同，因为它是广播，但它仍然可以与Modbus TCP、Profinet和其他协议共存在同一条电缆上，”亨宁说。
许多设备制造商在处理交通流量的交换机中解决了这些微妙的差异。通常，许多这样的开关提供一些管理功能。这给了网络管理员更多的能力。“我们嵌入了Profinet和EtherNet/ ip兼容进程的能力，让人们从交换机访问网络变量，”Hirschmann的Wotruba说。“这为你提供了强大的工具，比如安全I/O(输入/输出)恢复。”
饱和的手表
当问题出现或即将出现时，以太网提供了其他有用的协议，可以在这个“强大的工具”保护伞下使用。其中最流行的是简单网络管理协议。SNMP允许网络管理人员查看一系列性能参数并检查流量。它可以通过显示有助于确定可用带宽何时接近饱和的数据来帮助他们避免问题。
罗克韦尔的Hannah说:“SNMP让你可以监控流量水平，这样你就可以看到是否遇到了瓶颈，或者带宽需求是否超过了舒适的水平，从而降低了网络性能。”然后你就可以决定是时候通过更好地划分网络来提高性能了。”
管理工具可以访问来自一系列输入的数据。一些数据来自plc和其他控制设备。大部分来自以太网方案中使用的交换机，特别是使用托管交换机时。当他们处理信息流时，收集重要数据是一个固有的好处。Henning说:“如果你使用的是托管交换机，它们会收集大量的数据，你可以用来进行故障排除。”“SNMP使得交换机中的大量信息可用;你可以把它带入HMI并进行大量分析。”
SNMP对这些数据的使用强调了以太网结构中交换机的重要性。开关的正确放置是成功实现的关键因素。
“系统设计和布局是TCP/IP最重要的方面，因为它关系到系统中托管和非托管以太网交换机的布置，”位于明尼阿波利斯的网络和传感器供应商图尔克公司的高级产品经理Chris Vitale说。“在安装之前获得系统的物理布局是非常重要的，因为所有设备都必须通过交换机路由。这些开关的位置对于创建一个易于安装和集成的系统是不可或缺的。”
一旦这些开关到位，持续的重点就会回到各种协议带来的日常好处上。SNMP是用户数据报协议(UDP)的一部分，UDP是普通TCP/IP方法的替代方案。这两种方法可以一起使用。UDP被用于网络连接设备的流行域名系统命名系统所采用。
UDP是无连接的，当数据包丢失时它不会执行重试。这使得它在重视速度而不是可靠性的应用程序中非常有用。一些网络开发人员在需要比TCP/IP提供更多确定性时使用UDP。
Hannah说:“传输层有两种标准协议，用于消息传递的TCP连接和用于需要实时的应用程序的UDP。”UDP是一种无连接协议，所以你不需要建立点对点连接，开销也降低了，它提供了实时控制所需的性能。”
许多协议提供了实时功能。大多数流行的以太网兼容协议都有变体，这些变体比基本连接提供了更多的确定性。这些技术提供了一系列的速度和功能。“Profinet的实时协议可以提供媒体冗余，响应时间低于200毫秒，”西门子的Jansons说。
通用工业协议(Common Industrial Protocol)是另一个在需要更快速度的应用程序中很有帮助的工具。CIP(现在由ODVA管理)的创建是为了跨多个网络集成I/O控制、运动和同步、设备配置和数据收集。它被广泛用于确保工业通信方案的许多方面是同步的。Hannah说:“当你需要确保运动、安全和某些I/O按时发生时，CIP就会发挥作用。
尽管CIP为工业自动化公司带来了很多功能，但获得这些好处并不需要大量的努力。读取CIP命令不需要额外的硬件。
Wotruba说:“以太网帧内置了技术，因此CIP之类的东西可以被解码。”“这都是用软件完成的，所以你不需要额外的硬件。”
解码以太网电缆上携带的多种类型的数据相当简单，但这并不意味着它总是容易的。组织正在创造技术，帮助他们的用户使用正确的部件，确保一切都协同工作，而不需要网络管理员安装特定环境中不需要的设备和软件。
亨宁说:“我们正在开发一种配置文件，以一种特殊的方式排列数据，提供一致性并防止错误。”“这些配置文件使用特定的协议来简化数据处理方式。”
