美国包装公司(PCA)通过回收在生产集装箱板和瓦楞纸包装过程中丢失的木屑，节省了大量的资金。尽管高管们很容易看到潜在的节约，但负责堆放和回收废料的工程师们却面临着巨大的潜在问题。
其中最重要的任务是获得位于瓦尔多斯塔(Valdosta, Ga)工厂的所有设备。，一起工作。该项目核心的堆取料机必须与原木处理起重机、剥树皮机和输送系统进行通信，这些系统并不都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。
福尔根工业公司的工程副总裁约翰·刘易斯说:“回收器的设计类似于一个巨大的链锯，有一个巨大的旋转吊杆，然后把木屑从库存中耙回来，装载到传送带上。”，林业设备生产商。他补充说，PCA公司的收料机采用了由Allen-Bradley控制器控制的变频驱动器，该控制器与木材加工厂的切屑机和去树皮机以及两个卡车卸料场通信。
以太网/IP(来自ODVA的标准，以前被称为开放DeviceNet供应商协会)是PCA回收器的协议，但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在响应时间上无缝协作，当出现安全问题或其他问题时，响应时间必须足够快才能发出警报。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作为它处理的众多协议之一。
这种将许多协议连接在一起的能力——无论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，使通信系统能够承载许多协议。
位于加州Temecula的自动化供应商Opto 22的一位发言人说:“以太网已经流行了10年左右，但并不是所有人都买通了。”“当他们这样做的时候，大多数客户希望把所有的东西都放在一个伞下，这样他们就可以在企业中移动数据，在一个设施中使用以太网/IP之类的东西，并与使用另一个协议的另一个建筑通信。”
这些协议让用户无需担心通信问题就能完成广泛的任务。广泛应用于以太网的TCP/IP方案解决了许多常见的任务，使得同时移动许多不同类型的数据成为可能。
“有了以太网，可以进行很多多任务处理。控制、诊断和管理数据都集中在一个网络上，”位于乔治亚州诺克罗斯的西门子工业公司网络顾问Marty Jansons说。
更快的速度
起初，以太网进入了工厂车间，因为它提供了与前台办公室网络的更多兼容性，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。但在更短时间内移动更多数据的需求推动下的持续进步，为它提供了另一种武器，帮助它与传统工业网络竞争。电气和电子工程师协会(IEEE)委员会负责管理该标准，继续推动其有线和无线版本的速度不断提高。
宾夕法尼亚州钱伯斯堡的一家工业以太网组件供应商Hirschmann的网络和连接产品总监Bill Wotruba说:“关于以太网，最大的问题是带宽。”“我们的速度是100 Mbaud(每秒兆位)，而Profibus的速度是2 - 5 Mbaud。而使用无线以太网时，根据版本的不同，你可以将带宽降到54 Mbaud，所以你仍然拥有比其他网络更多的带宽。”
以太网的带宽及其携带多种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，使得连接传统设备和廉价产品(如不需要以太网功能的传感器)变得容易。
在更高的级别上，出现了许多不同的协议来处理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，它们不会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:“大多数人不需要开关做任何特殊的事情来来回发送信息。”“我们已经远离了以不同方式做事的技术。”
然而，协议提供了一些小的改变，可以帮助车间管理人员提高效率。例如，Profinet强制要求一些协议，如链路层自主协议。LLDP可以让以太网端口知道连接到它们的设备，使从各种设备提取数据变得更简单。位于亚利桑那州斯科茨代尔的Profibus贸易组织副主任卡尔•亨宁表示:“LLDP最有趣的地方在于，你可以在不使用任何配置工具的情况下复制出一个发生故障的设备，因此不需要拿出笔记本电脑。”“如果，比如说，端口2有这个设备，你正在安装相同的东西，LLDP告诉它它的名称和IP地址是什么，不需要任何软件。”
有些福利是普遍的。无论用户选择何种协议，所有的以太网衍生产品都使管理人员检查网络更加简单，即使他们远离工厂。以太网的功能可以保护数据和网络，即使管理人员从远程站点进入网络。“您可以使用VPN(虚拟专用网络)方法进行安全的远程访问，”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)使制造商能够建立拥有各种工具和下载的网站，并为操作人员和技术人员提供聊天的场所。这比派遣维护人员到远程站点要有效率得多。
亨宁说:“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。”“这让你可以使用网络浏览器配置设备或获得诊断信息，而不是在本地。对于原始设备制造商(oem)来说，这是一个令人兴奋的想法，他们既想减少差旅成本，又能帮助客户维护设备。”
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，并使几种不同的机器具有相似的外观和感觉，从而更容易使用。“用户不用离开他们的环境，而是可以从他们的gui中配置相关参数，”总部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，就无线保真度而言，是主导现代网络的IEEE 802.11以太网标准的扩展。它在工业应用中得到了越来越多的应用。可靠性已经在全球苛刻的工业现场得到了验证，用户不必担心如果电子干扰干扰无线传输可能会导致数据包丢失。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促进。
去年秋天，IEEE 802.11委员会批准了一个新的版本802.11n，该版本将理论速度提高到每秒600兆字节。这比当前一代产品中使用的802.11g标准的54 Mbps提高了十倍以上。升级版预计将在消费和商业应用方面有稳定的增长。纽约州牡蛎湾(Oyster Bay)的ABI Research预测，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种新版本，预计Wi-Fi将开始对自动化中使用的替代无线协议施加更大压力。
密尔沃基(milwaukee)的供应商罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation Inc.)的战略应用经理Cliff Whitehead说:“工业设备中的许多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。随着802.11n标准的批准，这种情况可能会改变。”它更可靠，具有多输入、多输出等功能，并能够使用多波段无线电。”
这些变化使无线连接更容易携带各种协议，并与许多不同类型的设备通信，而不会遇到瓶颈。大多数观察人士指出，无线网络的协议能力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，无线通信使工程师更容易将小型相机和其他传感器放置在需要缆绳时难以到达的位置。俄亥俄州梅菲尔德高地罗克韦尔自动化公司NetLinx产品业务经理Mike Hannah说:“越来越多的终端用户意识到，他们可以在机器附近或船舶内部安装IP摄像头等其他设备，以了解该地区发生的情况。”
虽然无线正在许多不同的领域取得进展，但预计它不会取代有线连接。在需要比无线网络更精确的定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。“无线是一种共享媒体，所以不存在决定论，你可能会看到一些延迟。”
在802.11n进入工业世界之前，实施者将不得不注意伴随无线链路相对较低带宽而来的问题。通常用于在整个无线网络中传输数据的节点对节点技术加剧了这种速度的不足。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，可能会导致网络中任何地方的带宽问题。这些带宽问题会导致瓶颈，特别是在使用以太网/IP时。
宾夕法尼亚州米德尔敦的自动化供应商Phoenix Contact Inc.的无线专家Ira Sharp说:“如果你试图通过无线方式发送以太网/IP，当很多东西开始响应时，你可能会遇到间歇性的问题。”“你可以降低它的请求包间隔(RPI)，如果它不是为无线设置的。用户在使用PLC时需要查看RPI。”
虽然领先的以太网兼容协议在很大程度上是兼容的，但观察人士指出，它们之间存在一些差异。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，其他版本需要略微不同的方法。“以太网/IP有点不同，因为它可以广播，但它仍然可以与Modbus TCP、Profinet和其他协议在同一根电缆上共存，”亨宁说。
许多设备制造商解决了处理流量的交换机之间的这些细微差别。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功能。Hirschmann的Wotruba说:“我们嵌入了Profinet和以太网/ ip兼容进程的能力，让人们从交换机访问网络变量。”“这为您提供了强大的工具，如安全I/O(输入/输出)恢复。”
饱和的手表
当出现问题或即将出现问题时，以太网提供了其他有用的协议，这些协议属于这个“强大的工具”的保护伞。其中最流行的是简单网络管理协议。SNMP允许网络管理员查看一系列性能参数并检查流量。它可以通过显示在确定可用带宽何时接近饱和时有用的数据来帮助他们避免问题。
Rockwell的Hannah说:“SNMP允许您监控流量水平，这样您就可以看到是否出现了瓶颈，或者带宽需求是否超过了舒适水平，从而降低了网络性能。”“然后你就可以决定是否应该通过更好地细分你的社交网络来提高性能。”
管理工具可以从一系列输入中访问数据。部分数据来自plc等控制设备。许多来自于以太网方案中使用的交换机，特别是在使用管理交换机时。当他们处理包流时，收集重要数据是一个固有的好处。亨宁说:“如果使用托管开关，它们会收集大量数据，可以用于故障排除。”“SNMP使交换机中的很多信息可用;你可以把它带入人机界面，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。正确放置交换机是成功实现的一个关键因素。
“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位置，”明尼阿波利斯网络和传感器供应商图尔克公司的高级产品经理克里斯·维塔莱说。“在安装之前获得系统布局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。”
一旦这些开关就位，持续的焦点就会回到来自各种协议的日常好处上。SNMP是用户数据报协议(UDP)的一部分，UDP是通用TCP/IP方法的替代方案。这两种方法可以一起使用。UDP是流行的域名系统命名系统，用于网络连接设备。
UDP是无连接的，当包丢失时，它不执行重试。这使得它在更看重速度而非可靠性的应用中非常有用。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。
“传输层有两个标准协议，TCP连接用于消息传递，UDP连接用于需要实时的应用程序，”Hannah说。“UDP是一种无连接协议，所以你不需要建立点对点连接，开销减少了，它提供了实时控制所需的性能。”
许多协议都提供了实时功能。大多数流行的以太网兼容协议都有不同的变体，它们提供了比基本连接更多的确定性。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200毫秒以下的媒体冗余和响应时间，”西门子的Jansons说。
通用工业协议是另一个在需要更高速度的应用程序中很有帮助的工具。CIP现在由ODVA管理，是为了集成跨多个网络的I/O控制、运动和同步、设备配置和数据收集而创建的。它被广泛用于确保工业通信方案的多个方面的同步。汉娜说:“当你需要确保运动、安全和特定的I/O准时发生时，CIP就会发挥作用。”
尽管CIP为工业自动化公司带来了许多功能，但获得这些好处并不需要付出巨大的努力。读取CIP命令不需要额外的硬件。
沃特鲁巴说:“技术被嵌入到以太网帧中，所以像CIP这样的东西可以被解码。”“这一切都是由软件完成的，所以你不需要额外的硬件。”
解码通过以太网电缆传输的许多类型的数据是相当简单的，但这并不意味着它总是很容易。组织正在创造帮助用户使用正确组件的技术，确保所有组件一起工作，而不需要网络管理人员安装在特定环境中不需要的设备和软件。
亨宁说:“我们正在开发以特定方式排列数据的档案，以提供一致性和防止错误。”“这些档案使用特定的协议来简化处理数据的方式。”
