仍在追求异性恋

全彩印刷机能够在短时间内打印出高精度的照片和文字，从而制作出数十万份杂志和报纸，这是一种极其复杂的设备。对于生产意大利一些主要出版物的打印机来说，保持它们高效运行的一个关键方面是建立一个网络来管理其巨大印刷机的所有传感器、执行器和控制器。

Officine Meccaniche Cerutti (Cerutti的机械车间)经营着著名的意大利周刊《L’espresso》和《Panorama》，《国家地理》的一个版本，以及意大利日报《La Repubblica》和《Famiglia Cristiana》。

Cerutti在Casale Monferrato工厂的局域网有近500个节点和13000个输入/输出(I/O)点。这需要一个包含一组子网络的复杂方案。用于印刷日报的柔版印刷机需要组合具有异构通信协议的非常不同的设备。一台机器可以包含不少于7种类型的网络。

编写软件并确保这些网络有效通信是一个持续的挑战。Cerutti包装机软件主管Paolo Di Santo表示:“Cerutti在软件应用的产品工程以及设备和互联系统之间数据交换的优化方面做着重要的工作。”

虽然以太网越来越多地用于所有这些网络，但许多系统依赖于经过时间考验的现场总线来处理I/O、传感器和一些实时任务。尽管这些现场总线经常被视为正在衰落的技术，但它们在许多应用程序中仍然是可行的，作为通常馈送到以太网主干网的子网络运行。

除了在遗留应用程序中的明显价值外，现场总线阵列还具有低成本、简单安装和多功能性。成熟现场总线的另一个好处是所有类型的兼容组件都很容易获得。例如，一些制造复杂加工设备的公司甚至没有考虑在其设计的许多方面转向以太网。

“在这一点上，许多与我们通信的产品不支持以太网/IP。DeviceNet仍然是我们这些系统的选择，”俄亥俄州梅森牧野生产机械公司集成工程经理大卫·沃尔顿说。

大多数行业都缺乏兼容设备。在Cerutti，这也是使用一系列网络的一个原因。Di Santo说:“由于缺乏可以太网接口的设备，例如传感器、编码器、电子阀等，因此必须选择使用其他现场总线。

探索权衡

即使有以太网兼容的组件，也有充分的理由在工厂的某些地点使用现场总线。在整个电子行业中，有两种情况很常见。“研究表明这归结于两件事，解决方案的价格和性能，”位于伊利诺伊州弗农山的供应商三菱电气自动化公司的产品营销总监斯科特·罗尔夫斯(Scott Rohlfs)说。“企业担心决定论。”

虽然以太网的实时版本是可用的，但现场总线提供了速度，而无需强迫系统设计人员选择这些以太网替代品之一。“标准以太网的最大缺点是它不能提供高速、实时的能力，因此，它不是大多数机器应用的合适解决方案，”斯蒂芬·斯特里克说，他是贝加莱工业自动化公司的产品经理，该公司是佐治亚州罗斯威尔的一家自动化供应商。

即使那些不需要实时性能的人也会发现，当他们开始遇到带宽限制时，现场总线可以提供帮助。尽管许多人认为以太网几乎有无限的带宽，但事实并非如此。工业以太网解决方案仍然使用传输控制协议(TCP)和/或用户数据报协议(UDP)，因此不能完全避免网络上的数据冲突。

“只要网络负载低于30%，以太网解决方案就能很好地工作，如果可能，则低于10%。 使用开关(而不是集线器)限制碰撞域的大小。 但即使在这些情况下，也不能排除有关开关的次要侧的碰撞，”Helge Hornis，经理，智能系统，在供应商倍加富士公司，在俄亥俄州的Twinsburg。

避免潜在瓶颈的一种方法是使用经过优化的现场总线，以处理小的、分组的数据块。这些小包通常在相当规律的基础上被传递到以太网骨干网。现场总线通常处理预定的任务。你可以安排时间，这样你就可以管理掉到主干上的流量，”位于密尔沃基的自动化供应商罗克韦尔自动化公司的过程网络分段经理Shannon Foos说。

通常，这些现场总线中的总线耦合器不会自动发送数据。它们通常由主设备轮询，只响应请求。这也有助于控制通过网络发送的数据量。总线上的流量取决于主机的轮询频率。用户可以决定他多久需要从设备得到一个值，并可以通过轮询频率来控制流量。”Stricker说。

使用小数据包大小和最小报头大小的体系结构通常是一种有效的途径。许多工厂设备都是独立运行的，只需要外部控制器偶尔发出指令。同样，这些机器也不会向网络发送太多数据。

在这些情况下，通过大型企业网络以太网路由信号所需的许多信息是无关的。“以太网是灵活和开放的，但它有很多开销。放弃一个小的子网络比使用工业以太网简单得多，”位于宾夕法尼亚州米德尔敦的供应商Phoenix Contact Inc.的自动化系统营销经理格雷格·迪克森(Greg Dixson)说。

简单的系统通常还有另一个方面:它们的成本。像以太网一样，现场总线内置在许多设备中，因此价格负担很小。但还有其他成本也在起作用。一个是整个基础设施。

在测试以太网带宽时，增加必要的开销可能会带来额外的服务器费用。当现场总线的效率加上其低廉的价格点时，优势往往是显而易见的。

Dixson说:“根据现场总线和应用程序的不同，使用现场总线可能具有成本优势。”例如，Interbus的成本非常低，但它在数据吞吐量方面的效率却非常高。”

通过使用现场总线，向以太网骨干网添加新设备通常可以非常简单地处理。当有许多体系结构接入以太网体系结构时，这种情况尤其明显。添加与许多不同网络通信的控制器并不昂贵。有关现场总线组网的更多信息，请参见现场总线适应无线世界．

“我们有一个70美元的设备，可以运行多个驱动器，”迪克森说。它可以运行以太网客户端，作为Modbus服务器和Interbus主服务器。它看起来就像网络上的一个节点。”

构建网络

与任何网络一样，现场总线成功实现的关键之一是有效地使用网关和耦合器。通常，这可以通过与供应商密切合作来实现。与罗克韦尔的密切合作帮助Cerutti管理其压力机。该网络包括100多台托管交换机。

“ControlLogix等天然网关组件的使用是至关重要的。它可以在一个平台上同时管理多个不同类型的网络。这确保了附加价值和易于部署，”Di Santo说。

电子产品的不断集成使得添加耦合器和网关将各种网络连接在一起变得更加简单。随着芯片变得越来越小，功能越来越强大，通过增加卡来扩展网络成为可能，而不是为另一个网络模块找地方。

“现在可以分散控制了。您可以直接将现场总线运行到控制器机箱中的卡上，而不是放入现场总线适配器或协议转换器，”俄亥俄州Mayfield Heights的Rockwell Automation战略应用经理Cliff Whitehead说。

他解释说，许多用户不想要大量的中间盒子，所以他们通过将电线引入底盘来消除它们。尽管该解决方案在许多情况下都有效，但这种架构并不总是最好的。“并不是说一种方式就比另一种更好。它们只是不同的路径，”Whitehead说。

可编程自动化控制器(pac)和可编程逻辑控制器(plc)内置了更多的网络功能，有时消除了对网络控制单元的需求。这些控制器通常包括一些流行的网络架构的协议，使得工程师可以很容易地将许多不同的网络架构连接在一起。

“使用我们的plc，你在功能块中设置名称，就可以与任何网络通话。用户使用哪个网络是相对透明的。这比建立一个交换网络要简单得多，后者需要做很多工作，”博世力士乐公司(Bosch Rexroth Corp.)的PLC产品经理特德·塞耶(Ted Thayer)说。总部位于美国的自动化供应商。

更强大的芯片的另一个好处是能够使用一个控制器处理多种技术。如今功能强大的微控制器具有强大的计算能力来处理运动控制等困难任务。

这使得向现有的网络运动控制网络添加其他任务成为可能。简单的设备可以处理向已安装的网络添加功能所需的通信。

Dixson说:“对于运动控制，总线耦合器可以让你将I/O网络挂在运动网络上。“在过去，你可能有一个运动网络和独立的Profibus和/或DeviceNet网络。现在你只需要增加几个I/O点就可以节省成本。”

这些耦合器还可以处理多个任务，有助于降低成本。“总线耦合器可以作为工业以太网上的设备，同时作为子网络的主设备，”Dixson继续说道。“在过去，这很贵。”

多才多艺也带来了其他好处和挑战。设备制造商正试图通过对所有产品使用同一架构来降低成本。当设备被运往各个大洲时，这可能会很困难。

各个地区通常使用不同的标准，主要的供应商也往往不同。一些设备供应商使用现场总线架构来解决这些变化，因此系统只需要微小的变化。

Hornis说:“当将机器运往欧洲时，所需的PLC可能来自西门子，而为北美客户建造的系统可能使用Allen-Bradley控制器。“像as接口这样的底层网络允许一次设计完整的I/O和安全结构。 唯一需要针对不同市场进行修改的组件是网关。”

托管还是非托管?

当工程师想要将这些现场总线连接到以太网主干时，也有不同的路径，以太网主干在整个制造业中变得越来越普遍。决定使用托管交换机还是非托管交换机是开发人员的另一个选择。

“如果您希望数据在工业以太网和现场总线之间流动，需要注意的一件大事是遵循以太网的良好推荐实践，”Dixson说。“你需要使用托管交换机来管理带宽。”使用非托管交换机可能更便宜，但诊断等功能可能会丢失。例如，很难通过端口镜像来检查网络问题，他解释道。

网络开发人员的另一个关注点是确保他们移动的数据是有用的。从工厂的每台机器上获取各种数据越来越容易了。但是，仅仅是拥有大量关于所有这些操作的事实和数据，可能是一种障碍，也可能是一种帮助。整个工业世界的一个主要推动力是确保这些信息能够以有利于企业的方式被理解。

三菱的Rohlfs说:“客户需要考虑他们的网络上可用的信息类型和DeviceNet上可用的信息级别。”“他们可能需要对这些数据进行背景化，以便在他们的以太网网络上使用。数据本身是没有用的。你需要能够采取行动的信息。”

一个相关的方面是人机界面(HMI)。液晶显示器(lcd)在可靠性提高的同时，价格继续下降，使其更适合工业环境。平板显示器越来越多地被用于提供比过去有用得多的人机界面。

霍尼斯说:“改进来自倍加福用户友好的大型图形液晶显示屏，这些液晶显示屏具有易于阅读和理解的状态信息，而不是神秘的led灯，以各种频率和颜色闪烁，没有人会记得。”