以太网继续扩大其在工厂中的作用，但当它延伸到输入/输出(I/O)级别时，它面临着一些强劲的竞争对手。当工程师需要连接传感器和其他简单的组件时，他们有许多替代方案，这些方案通常比以太网更具成本效益。
一系列体系结构提供了I/O连接所需的低成本和性能。与此同时，无线技术正在解决易用性问题，消除了每次移动设备或添加新设备时布线的困难。尽管怀疑论者对在嘈杂的工厂里通过空气发送信号的可靠性嗤之以鼻，但毫无疑问，无线技术将在未来的工厂中发挥坚实的作用。
以太网也将在数据收集方面发挥重要作用。当生产设施升级时，它作为中心网络占据主导地位，与前厅兼容。许多公司现在都盯上了如今工厂中大量的I/O节点，希望取代通常用于将这些节点连接到以太网或其他工厂范围主干的现场总线。速度是他们武器库中的关键武器。
“我们完全相信以太网到远程I/O是未来的发展方向。在今天的交换网络中，速度不再是问题。发送一条信息只需要不到一毫秒的时间，”Opto 22的高级技术顾问汤姆·爱德华兹(Tom Edwards)说，Opto 22是一家位于加州Temecula的供应商。
选择你的口味
其他公司和技术集团正在推广各种类型的以太网，使用不同的方法来保持高性能而不推高成本。例如，EtherCat架构通过使用专用集成电路(ASIC)处理网络通信来降低成本，从而可以在设备中使用功能较弱、价格较低的中央处理器(cpu)。“我们的asic或FPGA(现场可编程门阵列)实现通常比竞争对手在底层现场总线应用中使用的更便宜，”位于德国纽伦堡的EtherCat技术集团北美代表Joey Stubbs说。
如果没有这种功能，以太网可能无法有效地用于I/O。“成本不允许降到(传感器)水平。实现以太网仍然需要一台带有软件堆栈的小型计算机，也许还需要一些额外的代码来处理标准通信，”Stubbs说。
其他公司则避免使用额外的硬件，而是使用软件技术来为以太网提供具有严格时间要求的应用程序所需的速度。“Ethernet Powerlink可以在任何以太板上运行，因为它只是一个软件。我们增加了Powerlink堆栈，以确保信息按时到达，”自动化供应商贝加莱工业自动化公司的销售经理Markus Sandhoefner说。
“在地毯制造等设备的高速工作中，每个I/O节点必须在300到400微秒内运行。如果你用Modbus这样做，就会有延迟，而使用IEEE 1588(电气和电子工程师协会的标准)，你不能指望动作发生，尽管你知道一个结可能会断开多少，”Sandhoefner说。
尽管以太网的变化带来了实时功能，但其他人注意到以太网的速度在不断提高，这使得基本网络适合于速度至关重要的I/O作业。“现场总线一直是确定性的。以太网已经变得如此完善，现在这通常不是一个问题，”加州欧文市一家供应商Lantronix公司的系统工程师杰夫·布莱瑟说。
基础以太网的支持者还指出，随着业务量的持续上升，相对于替代总线的定价溢价正在消退。马萨诸塞州北安多弗市自动化供应商施耐德电气的分布式I/O营销经理Sylain Olier说:“随着以太网的使用量越来越大，成本问题正在消失，尽管对于传感器来说，你仍然需要一个替代方案。”
产品开发人员还指出，以太网正在通过简化布线来解决易用性问题。通过以太网供电，工程师不必将电源路由到I/O节点。位于弗吉尼亚州夏洛茨维尔的另一家自动化供应商GE发那科智能平台公司的控制器产品经理比尔•布莱克表示:“以太网供电将有助于推动这类工作的应用。”
但在这里，传输电力的额外成本使以太网远离了它的大容量利基市场。连接器和电缆将比传统网络产品稍贵一些。“归根结底是成本问题。如果你有模块化I/O，只想使用以太网，你可能需要通过以太网供电，这提高了价格，”Olier说。
扩张阻滞剂
以太网对于具有相当数量计算能力的设备来说是非常经济有效的，这使它在大多数工厂和前台中成为标准骨干技术的角色。通信方案通常内置在这些处理器中，因此它实际上是免费的。但是在I/O级别上的竞争技术并没有那么容易退让。传感器和其他相当便宜的产品通常没有这种集成技术。
“当你考虑到像一个30到50美元的照相眼这样的产品时，由于成本问题，我们还没有看到以太网。人们通常使用I/O块以经济有效的方式获取数据，”Black说。
这些区块被广泛使用，观察人士预计这种情况不会改变。“相当多的PTO成员使用I/O块，在一个I/O块上连接八个传感器。很难想象以太网会低于这个水平，”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。
I/O块远非连接底层设备到网络的唯一选择。许多供应商为这些应用程序支持许多现场总线体系结构。例如，博世力士乐(Bosch Rexroth Corp.)最近通过设备级网络增强了其运动控制系统。
“今年夏天，我们发布了一整套以太网I/O协议，包括SERCOS III(串行实时通信系统)、Profinet和Ethernet /IP。拥有一个可以连接I/O的运动控制网络比拥有一个运动网络和一个I/O网络要好得多，”位于伊利诺伊州霍夫曼庄园的博世公司的PLC产品经理Ted Thayer说。
许多选项
这些并不是唯一的网络被用于世界多样化的制造。许多公司采取的方法是将替代技术集成到他们的解决方案中，为较低级别的设备选择更具成本效益的网络。“在分布式I / O,我们使用CANopen(控制器区域网络),尽管大多数的用户不知道CANopen。它用于小型机器上的分布式I/O。CANopen收集的所有数据是以太网通信,”脂肪说。
另一种选择是CC-Link(控制与通信链路)，在日本已经广泛使用。CC-Link合作伙伴协会(CLPA)的900名成员中，约有一半现在不在日本。它的设计是相当简单的设备。“CC-Link下降到I/O级别。你甚至可以在上面放两比特的设备。它使用内存映射I/O，因此与大多数其他体系结构的面向对象方法相比，您可以获得更多的内存空间使用，”伊利诺伊州弗农山CLPA的网络专家John Wozniak说。
然而，他补充说，这项技术并不局限于简单的应用。像许多网络一样，它有一个技术层次结构，有一个安全总线和用于更高级别通信的CC-L工业以太网。然而，I/O级别版本的简单性是一个关键的吸引力。
主从系统广播传输，为64个设备的网络提供4毫秒的响应时间。除了速度，易用性也是一大吸引力。所有的I/O点看起来就像PLC上的I/O字。”沃兹尼亚克说。他补充说CC-Link网络可以有数千个节点。
欧洲设计师也提出了一个低级的解决方案，执行器传感器接口。as接口也被广泛使用。专利商标局已经将一些兼容性工作集中在网络上。
AS-Interface补充了现场总线，与Profibus和Profinet很好地结合在一起。我们有一系列的代理，这是标准的一部分，所以两个总线之间的映射是规范的一部分。”Henning说。他说，这消除了不兼容性。
而作为接口专注于简单,它也提供了一些通用性。“您可以在同一网络上混合安全与标准I/O。这将节省大量成本，消除对安全网络的需求，”俄亥俄州特温斯堡自动化组件供应商比宝富斯公司的智能系统经理Helge Hornis说。
尽管许多人都在围绕这些低级别公交车建立稳固的业务，但也有人认为它们的前景并不乐观。例如，AS-Interface也有批评者。”作为接口,您需要一个专用的主人和专用电缆,这增加了开支,“斯塔布斯说。博世的塞耶预测，其中一些公交车的寿命不会很长。他说:“我们认为AS-Interface或Modbus没有什么前途。”
无线将走向何方?
目前网络技术中最热门的增长领域之一是无线。它在经常变化的领域和布线困难的领域得到了更多的应用。通常用来描述I/O节点。消除电线极大地简化了满足各种无线架构性能规范的应用程序的安装。这转化为一个在办公室和工厂都能产生共鸣的指标。“无线确实可以降低成本，”布莱克说。
这些成本并非微不足道。当工厂或生产线重新设计时，通常会在现有设备上增加传感器并安装新机器。当所有这些节点都必须连接时，成本可能会迅速上升。
“如果IT(信息技术)部门在车间铺设一条以太网线，可能会花费300到700美元。对于简单的实现来说，这并不划算。很多公司都在关注无线技术。”
对于许多通信公司来说，无线技术是一把双刃剑。例如，Opto 22正在推出与无线传感器的连接，但它也将无线视为威胁。该公司的无线战略是在无线标准的流动阶段制定的，但该公司认为该技术现在正在稳定下来。IEEE 802.11n的成功提供了足够的速度和市场接受度，让该公司决定采用这一版本的无线保真度(Wi-Fi)规范。通常，随着字母表示法的发展，速度会提高。
虽然无线技术可以补充以太网，但它们也会带来一些竞争。Opto公司的爱德华兹说:“ZigBee等技术为广泛分布的部件数量相对较少的系统提供了真正的替代方案。”除了ZigBee，他补充说，“还有很多无线技术的发展空间。”
尽管无线技术正在迅速发展，但它们还不是适用于所有领域。以运动控制为例，在这一点上没有什么兴趣。博世力士乐的塞耶说:“无线最终将使我们能够扩展距离并降低成本，但这还不是我们正在追求的东西。”
电线永远
尽管人们对无线技术很感兴趣，但也有相当多的谨慎。持怀疑态度的人指出，比特币的传输速度并不高，而且在嘈杂的工厂环境中通过空气传输时，比特币可能会丢失。“无线网络存在一些可靠性问题。一些制造商正在使用双无线来消除它们，”贝加莱的桑德霍夫纳说。
在I/O领域中，还有一些应用程序的苛刻要求仍然无法通过无线通信来解决。“如果你需要高速或同步，你可能需要使用介质。无线技术的速度不高，可预测性也不强，”EtherCat技术集团的斯塔布斯说。
另一些人指出，无线技术是一个新兴领域，多种技术正在争夺成功。在不断发展的应用程序中，可以预期一些无线方法比其他方法具有更高的可靠性级别。“我更喜欢802.11a，因为它有更多的抗干扰能力，特别是在I/O级别，通常10到50毫秒的响应时间就可以了，”布莱瑟说。
大多数观察人士认为，随着成功的无线协议经历更多的实际测试和技术进步，对可靠性的担忧将会消散。其他网络已经出现了这种情况。布莱克说:“人们现在对无线技术的担忧基本上和几年前对以太网的担忧是一样的。”
一些产品开发人员指出，无线技术经常被当作一种单一的技术来讨论，但实际上，无线技术有许多不同的类型。标准和专有通信方案各有其优点和缺点。
一些小组正在努力为实现无线提供建议的良好实践。例如，美国专利商标局、哈特基金会和现场总线基金会正在合作为无线传感器网络提供一致性。
尽管无线技术被视为一项新技术，但一些组织已经长期致力于在没有电线的情况下工作。“最近有很多关于无线传感器网络的争论。我们已经做了很长时间的无线以太网，采用了802.11，”亨宁说。
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