当自动化接口解决方案公司的工程师进入薄板产品生产设施安装计量系统时，与一些常用硬件的通信通常会带来大问题。已安装的设备使用一系列系统，迫使工程师使用无法帮助实现提高生产率和精度目标的网关。
在最近的一次安装中，这些网关已经成为一个令人头疼的问题，导致许多设备关闭。生产一系列聚丙烯基产品的AIS客户希望改进质量控制和增强可靠性。这意味着AIS必须解决网络问题。
“在旧系统中，网络方案主要是串行链路，数据必须通过定制的网关。AIS高级软件工程师Glenn Wrightsman II表示:“可靠性方面存在很多问题，导致了数千美元的生产力损失。
这家位于印第安纳州特雷霍特(Terre Haute)的系统公司必须在增加精密系统的同时解决这个问题，这些系统不断测量薄板货物的重量、湿度和厚度。他们转向以太网，将其扩展到其测量系统的输入/输出(I/O)。可靠性问题消失了，AIS实现了简化安装等优点。“我们使用非常可靠的Opto 22封装，每个I/O点的成本很低，”Wrightsman说。“它非常容易使用，你可以在工厂的任何地方放置一个I/O机架。”Opto 22是一家位于加州Temecula的自动化供应商。
这些简化的安装和可靠性的提高是越来越多的系统集成商和工厂管理人员将以太网扩展到I/O级别的关键原因。利用流行的网络还可以降低安装期间和系统生命周期内的成本。
长期节省部分来自简化的诊断，帮助AIS客户和许多其他人减少停机时间。以太网使用户能够更深入地了解设备的健康状况和使用情况，从而减少故障并提高生产率。这些诊断工具，就像网络本身一样，利用了庞大的消费者和商业基础，这降低了成本，同时带来了易用性等好处。
追求简单
当公司用以太网取代现场总线时，其收益将远远超过最初的安装。以太网附带了丰富的诊断工具，帮助保持设备高效运行。与现场总线相比，大量的故障排除工具为技术人员提供了更多的选择。与此同时，技术人员知道升级将继续进行。所有与网络相连的东西都是主流。
“当你有了基于互联网协议或以太网协议的实时通信时，你可以使用普通的笔记本电脑及其工具，”奥地利自动化供应商B&R工业自动化公司的产品经理Stephan Stricker说，该公司的美国总部位于佐治亚州罗斯威尔。“当你使用CANopen这样的工具时，你需要一个分析仪或第三方设备。”
许多产品开发人员正在利用当今系统的处理能力和内存空间，将监控软件添加到硬件中。当机器具有这种自检能力时，技术人员不需要任何专门的设备来查看设备的性能。“通过以太网，你可以直接在控制器中建立诊断系统，”位于宾夕法尼亚州哈里斯堡的供应商Phoenix Contact公司自动化系统集团的自动化营销专家杰森·霍尔德曼(Jason Haldeman)说。“在设备中内置诊断功能，可以让你使用像ie这样的诊断工具，让你去到一个地址，看看那里发生了什么。”
不仅有一系列的监控工具可以更容易地查明以太网网络中的问题。许多人机界面(hmi)包括在出现问题时警告操作员的软件。位于亚利桑那州斯科茨代尔市的Profibus贸易组织副主任卡尔·亨宁说:“有许多简单的网络管理协议工具，比如SNMP OPC服务器，可以帮助你将信息引入人机界面，这样操作员就可以根据警报采取行动。”他解释说，这是可能的，因为信息同时存在于控制器和人机界面中。
向设备操作员发送警报有助于快速响应，这是高速运行的生产线所必需的。I/O级别的警报向技术人员或工程师发送消息，提醒他们出现问题。这有助于快速决策并更快地完成工作，”自动化组件供应商图尔克公司网络和接口部门的高级产品经理Karie Daudt说。
不断更新这些警报，使操作人员更有可能及时做出反应，防止许多潜在问题在对生产造成严重破坏之前发生。通常，这些工具已经在前台网络中使用。这通常为软件提供了足够的现场测试，以满足恶劣工业环境中的管理人员。
例如，许多监控网络流量水平的信息技术工具都可以在工厂车间使用。当流量超过理想水平时，系统会发出警报。位于俄亥俄州梅菲尔德高地的供应商罗克韦尔自动化公司的网络业务总监Brian Oulton说:“在流量达到100%之前，你可以转移流量或进行其他调整，否则就会出现问题。”
尽管有大量的诊断工具可供选择，但一些工程师指出，这些工具并不是他们决定部署以太网的主要因素。例如，AIS发现的问题很少，以至于员工很少使用从网上下载的软件工具。
“有一些共享软件程序可以让你查看通过以太网传输的数据包。我们很少使用它们，”赖特斯曼说。“一旦我们确认电缆安装正确，我们就没有其他问题了。”
使用以太网也使得使用无线通信而不使用电缆变得更简单。Wi-Fi已经在一些设施中用于连接难以连接的执行器或传感器。尽管无线网络的使用比例仍然很小，但随着可靠性问题的解决，它正在稳步增长。
无论管理人员是转向无线还是坚持使用电缆，简化安装是许多公司转向以太网的一个主要原因。许多集成商和设备开发人员注意到，取消网关可以节省时间和金钱。使用单一网络方案可以更容易地找到熟悉安装工业网络的细微差别的安装人员，从而帮助减少安装时间。图尔克的Daudt说:“拥有一个单一的网络可以改善设置和调试，因为用户不需要成为多种网络协议的专家。”
一个，不多
Wrightsman也赞同这种观点，他解释说，即使是非常复杂的系统也可以通过广泛使用的5类电缆快速连接在一起。使用以太网可以让AIS运行一条电缆，而不必担心如何连接必须使用复杂电缆线束连接的元件。带宽也使得在任何地方安装设备成为可能，因为以太网可以从远离控制器的站点传输大量数据。“我们有执行器来控制薄片上每片的重量和水分。我们在那里放了一个遥控架用这个遥控I/O来控制执行器。在那里运行一条电缆而不是一整捆I/O电缆是很好的。赖特斯曼还指出，屏蔽一条电缆也要简单得多。
布线并不是唯一的变化。以太网和传统工业网络在架构上的主要区别之一是交换机的作用。增加交换机可以改善故障排除，并使工程师在设置网络的方式上有更多的自由。
ODVA技术审查委员会成员、罗克韦尔自动化首席工程师Dave VanGompel表示:“交换机为网络增加了传统现场总线所没有的诊断级别。“但交换机每个端口的成本更高，而且它们还需要电源，这增加了成本。(ODVA公司的前身是开放设备网络供应商协会。)
然而，网络专家指出，工厂管理人员需要考虑的不仅仅是基本的硬件成本。庞大的以太网用户基础带来了一系列工具，其中许多工具的价格与商品水平相当，因为它们在商业市场上获得了大量用户。
“有很多流量分析工具可以让你解码SNMP和其他协议，”VanGompel说。“想要深入到数据包级别的技术人员可以使用为工业应用开发的一系列工具。”
尽管这些工具提供了深入以太网通信的途径，但对于许多技术人员来说，它们可能还不够。在某些情况下，问题可能出现在仍在旧产品上运行的遗留协议中。
“当一切都与以太网连接时，一个网络可以运行多个协议。Modbus、TCP、Profinet和其他网络都可以在同一条线上运行，”Phoenix Contact的Haldeman说。然而，观察人士指出，与这些遗留协议相关的网络问题很少。
该系列工具使技术人员和操作人员能够检查各种参数。但通常情况下，运营商不需要更多的数据，只需要一个直接的有或没有信号。这些“白痴灯”在点对点链接中尤其有效。它们告诉操作员连接的两端是否准备好运行，或者突出显示哪一个失败了。
“以太网带来的东西之一是点对点技术。它已经发展成为一个交换的基础设施，所以所有的东西都是点对点连接的，”VanGompel说。“在设备上使用点对点、简单的led(发光二极管)可以更容易地进行故障排除。”
泄露电缆吗?
产品开发人员已经投入了大量的时间和研究精力来解决工厂地板上最令人烦恼的问题之一——电缆断裂或断开。精确定位电线断裂的位置可能是一项非常耗时的任务。通常连接以太网网段的交换机是实现此功能的关键元素。与传统的非交换现场总线不同，交换以太网可以监控电缆的运行情况。数据和系统监控软件通常被设计到这个硬件中。
“管理交换机的一个好处是，你可以在基础设施中进行诊断，”Henning说。“开关保留了很多统计数据，所以你知道你是否有很多重试，或者如果电缆上的东西消失了，你就知道它去了哪里。”
管理型交换机比非管理型交换机提供更多的诊断。Henning指出，非管理型交换机只在前面板上提供一些LED警报，提供的信息要少得多。
一些工业版本的以太网比其他版本具有更强的从电缆中断中恢复的能力。位于德克萨斯州Volente的EtherCat技术集团北美代表Joey Stubbs指出，EtherCat处理电报的方式与其他实时版本的标准不同，提供了更多的支持。链路检测记录故障并关闭问题端口。然后将电报发送回控制器。斯塔布斯说:“每个从设备都有自己的支撑结构，所以即使电缆被剪断，帧也能返回。”“即使从机断电或其板载处理器死亡，我们也可以进行本地化诊断。”
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