网络工厂:周边视觉

包装玻璃棉绝缘材料不是一件容易的事情。这种材料很难处理，包装风格也很多，所以几个步骤必须以很高的精度来执行。随着人们对节能的兴趣日益浓厚，挪威的Askim Mek Verksted (AMV)需要提高其玻璃棉包装生产线的效率。

当AMV在2008年升级其Battpacker控制架构时，它需要一个良好的网络架构，以确保8级系统上的许多传感器和阀门都能协调工作。EtherNet/IP是ODVA(以前称为开放DeviceNet供应商协会)发布的协议，提供了必要的性能水平，以及连接到许多外围设备的能力。

例如，来自组件供应商Festo的插入式气动阀门和一些电机使用互联网协议，无需与控制器保持持续联系即可运行。Allen-Bradley PanelView Plus人机界面(HMIs)和ControlLogix可编程逻辑控制器(plc)都来自密尔沃基自动化供应商罗克韦尔自动化公司，它们都连接到同一个网络，保持了高效率。

随着以太网接管工业世界，这是一个日益增长的趋势。视觉系统、条形码阅读器、打印机和射频识别(RFID)扫描仪等各种外设现在经常运行传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)，而这些协议曾经只用于骨干通信。以太网正在通过为相机等产品提供更高的速度来扩大其覆盖范围，同时削减成本以引入更多低成本产品。

在高端，千兆(Gbit)和10gbit以太网的出现使单个网络可以承载大量视频数据，而不影响控制和其他功能所需的数据包的传输。在低端，从现场总线和其他简单连接转向的部分原因是，以太网连接在微控制器上很常见，随着芯片变得越来越便宜，微控制器正在被更多的产品使用。

“大多数连接到以太网的外设都是智能的。他们需要一些智能来处理以太网通信，所以他们有足够的传感过程功能，”丹·霍尔斯特说，他是明尼阿波利斯自动化组件供应商班纳工程公司的应用工程师。“视觉系统和用于激光测量的高含量传感器具有很多智能，无论是微处理器还是dsp(数字信号处理器)。”

越来越多的外围设备很可能会使用以太网和TCP/IP，而不是现场总线和其他替代方案。自动化供应商图尔克公司(Turck Inc.)位于明尼阿波利斯的网络部门最近进行的一项调查发现，100%的受访公司要么使用以太网，要么计划在今年采用以太网。图尔克的高级产品经理卡里•达奥特说:“我从未想过在任何工业公司的调查中都能看到100%的结果。”

加快

快速的网络对AMV至关重要，因为它可以将玻璃棉转换成托盘产品，随时可以运输。该公司的“Battpacker”系统有八个独立的阶段，每个阶段都使用几个传感器和阀门来移动原材料。准确性和可重复性对于减少浪费和提高吞吐量至关重要。该网络还有助于使机器足够灵活，以适应欧洲不同市场的许多产品和配方。

AMV并不是唯一在其所有硬件上采用以太网的封装器。该领域是向扁平架构转移的领导者之一，这种架构避免了替代通信方案。俄亥俄州梅菲尔德高地罗克韦尔自动化公司的营销经理迈克·汉娜说:“包装是将整个工厂转移到一个网络的价值之一。”

相机是利用千兆以太网和由自动化成像协会开发的千兆视觉变体的高端外围设备之一。可以使用旧版本的以太网将它们连接到控制器上，这取决于进入网络的数据量。但无论是摄像机发送原始视频流还是简单的通过-失败信息，以太网和IP协议都在获得市场份额。“IP摄像头越来越受欢迎。将它们连接到以太网有很大的优势，”汉娜说。

随着摄像机的使用越来越多，大量的视频数据通常意味着系统架构师在建立网络方案之前必须仔细研究。视频网络可能必须被分割，这样它们就不会消耗所有的带宽。在工程师需要确保视频及时到达以发挥作用的同时，他们还必须确保这些视频流不会降低重要系统命令的性能。总部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:“如果你打算直接做视频，你不希望它干扰关键任务。”

会议要求

当以太网进入工厂车间时，确保所有命令及时到达是一个重要问题。工程师们必须避免碰撞，这些碰撞在商业应用中不是什么大问题，但当它们导致工厂车间出现短暂的延迟时，就会影响设备的效率。

确定消息到达所需的时间是创建要求高精度的系统的关键。一些设计师专注于高速来获得所谓的实时性能，但真正的实时性能很少需要，也很少实现。班纳工程公司的霍尔斯特说:“在航空航天和军事领域之外，大多数人并没有真正实现实时，他们只是用速度来解决问题，希望速度足够快。”

在以太网中有许多提供确定性的技术，这些技术不是为时间敏感的应用程序设计的。一些供应商已经开发了兼容的变体，提供接近实时的性能或具有极短延迟的确定性。

在没有非常严格的时间要求的应用程序中，向网络添加更多智能可以帮助减少延迟时间。“有很多方法可以得出决定论。我们使用的一种方法是分布式控制。”“哑I/O(输入/输出)节点变成智能节点，承载I/O并向plc报告。无论您使用何种形式的以太网，分布式控制都可以让您完全控制网络，并保证您不会丢失数据。”

对于要求更高的应用程序，工厂经理可以采用利用以太网的技术，但可以升级以太网的性能。其中包括通用工业协议(CIP)，它确保经常使用的工业命令有效地运行，而不妨碍企业通信的任何级别的兼容性。

由ODVA开发和管理的CIP已针对安全性等特定要求进行了增强。它还提供同步和运动的扩展，让工程师快速建立高性能网络。即使是相当复杂的运动控制应用程序也可以在以太网上运行。

罗克韦尔公司EtherNet/IP产品经理乔·李说:“使用CIP Motion，所有轴都知道它们在给定的时间需要在哪里。例如，CIP测量数据包在通过交换机时看到的延迟，系统对延迟进行补偿。这样可以让每个人都有相同的时间。”

正确配置的网络甚至可以同时处理两项要求很高的任务，比如运动和视觉。汉娜说:“有些人说以太网对运动控制不够确定，但我们有应用程序，他们在同一个网络上做运动和视频，而不会退化。”

没那么快

虽然一些开发人员已经突破了以太网的能力极限，以确保数据的快速传输，但观察人士指出，许多工业网络并没有真正接近这些极限。以太网设计用于传输大数据块，但大多数工业系统发送大量小数据包。这意味着许多网段不需要更新版本的以太网。

图尔克的Daudt说:“工程师们总是喜欢技术，所以他们说他们需要千兆的速度，但许多应用程序在10兆以太网下工作得更好。”“工业应用，尤其是外围设备，通常传输不需要太多带宽的小包。10/100以太网足以满足90%的工业应用。”

她指出，尽管许多工业设备的传输速率被限制在10兆或100兆，但在某些领域需要Gbit数据速率的公司不会受到任何惩罚。所有版本的以太网都是向后兼容的，因此较慢的设备可以很容易地连接到快速版本的以太网。

虽然以太网的性能可以通过增加交换机来提高，但一些观察人士说，这未必是最好的办法。交换机可以做出很多决定，并有助于防止网络上的冲突。但它们也增加了复杂性和成本，这是大多数安装人员希望避免的因素。霍尔斯特说:“你使用的开关越少，情况就越好。”

虽然以太网可以处理视觉的高带宽要求，但在公共网络上运行视频并不总是最好的解决方案。视频文件可以很容易地总计数百mb的数据，因此传输完整的图像会消耗大量带宽。一些开发人员表示，如果公司希望保留每张图片而不使用数据压缩，他们可能需要建立专用链接。“如果你想以全分辨率存储所有图像，你可能应该考虑点对点以太网连接，”Holste说。

不是无处不在

尽管越来越多的外围设备正在迁移到以太网，但它还远远没有实现100%的接管，从而消除任何其他通信方案。现场总线仍然为不需要太多机载智能的简单设备提供较低的成本。许多传感器、阀门和其他低成本产品不具备以太网兼容性，因此这些底层架构不会很快消失。

以太网的另一个缺点是，许多工厂人员更习惯于建立工业网络，而不是以太网。“最大的问题之一仍然是许多控制工程师没有以太网背景，所以他们不确定如何布局网络以获得最佳性能，”Daudt说。

现场总线如Profibus, Modbus和DeviceNet已经升级到以太网版本，但原始版本仍然被广泛使用。提供简化布线的as - interface等低成本解决方案也得到了市场的广泛接受。

另一种选择来自个人计算机世界，它使以太网成为一种大批量的标准技术。一些供应商开始使用通用串行总线(USB)将传感器和其他设备连接到控制器。它的简单性使得它在消费市场每年能卖出20亿部，在工业环境中也很有吸引力。

USB 3.0现已在消费市场上市，将数据传输速率提升至每秒3.2 Gbits。这远远高于目前主导出货量的USB 2.0的480兆比特/秒。对于工业产品来说，较慢的速度通常已经足够了，而较高的速度则为未来提供了一条道路。“USB的数据速率正在提高，而且它比以太网具有更好的即插即用特性，”霍尔斯特说。“人们对安装以太网有很多困惑，对集线器、网关和IP地址有很多困惑。而使用USB，你只需要把它插进去。”

霍尔斯特预测，USB在传感器配置方面的接受度将越来越高，而在通信方面的使用将越来越少。然而，他指出USB的一个限制是它的电缆长度。

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