减少材料消耗需要密切关注每个细节，通过快速网络精确监控每个传感器和执行器。制造商可以通过使用更快的网络看到巨大的好处。
位于加拿大安大略省博尔顿市的塑料机械供应商赫斯基注塑系统有限公司的首席技术官Chris Choi说:“旧系统的压力曲线非常波动。”“随着采样时间的加快，压力跟踪变得更加接近理想。这让我们可以更精确地控制熔点，从而产生更薄的壁。”
缩短采样时间的主要方法是更快的设备级网络。赫斯基是越来越多使用以太网作为唯一网络的公司之一。尽管一些供应商认为现有的现场总线更适合于输入/输出(I/O)设备级通信，但像Choi这样的工程师认为以太网的好处远远超过缺点。“Profibus和专有连接更慢，”他说。“使用以太网，我们没有任何延迟，所以整个系统运行得更快。”
他解释说，这种速度是让客户节省资金和减少薄壁浪费的关键。在每年5500万个零件的批量生产中，从22克的包装中减少2克就可以节省18万美元。为了实现这一目标，赫斯基在整个系统中采用了一种实时以太网技术EtherCat。然而，Choi沉思道，只要能节省材料，客户就不会关心设备使用什么结构，这也有助于他们在这个注重环保的时代赢得销售。
帮助赫斯基这样的公司的设备设计师确实需要考虑设计的各个方面。网络是整个系统架构的关键元素，涉及性能和成本。虽然以太网的速度改进看起来微不足道，但它们可以带来很大的不同。
“EtherCat的带宽非常重要。如果你是传感和驱动，并且你使用更快的网络返回或发送信号，你可以在不改变任何其他东西的情况下获得2%到5%的收益，”明尼苏达州伯恩斯维尔的倍福自动化有限责任公司总裁格雷厄姆·哈里斯说。他补充说，在每天数千次的活动上多花几微秒，随着时间的推移会有显著的改善。
轻松布线
工业用户将以太网扩展到系统底层的原因之一是为了简化布线。在所有级别上使用单一介质可以降低复杂性，并给予安装人员更多的自由。与此同时，许多消费者发现这种方法也节省了他们的钱。
许多以太网支持者表示，DeviceNet、Profibus或已被广泛使用的专有布线方案比不断安装在家庭和办公室的以太网电缆有更多的规则和要求。简单和家庭安装紧密相连。“以太网消除了遗留技术中存在的许多布线问题，”哈里斯说。“你可以用更少的交战规则将5级(5类)电缆串在一起。”
这些以太网电缆连接起来非常简单，而且比许多现有方案更容易排除故障。这很重要，因为布线是安装过程中很耗时的一个方面。“当你必须硬线连接时，你有很多电线。每一次连接都增加了检查线路的时间和需求，”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NetLinx产品业务经理Mike Hannah说。
这种简单对哈士奇来说很重要。较低的成本是一个不错的附带好处。“我们在所有地方都使用相同的电缆，”崔说。“成本可以比其他任何东西都低得多。”
虽然在工业应用中使用的电缆和连接器通常是加固的，但它们仍然利用了标准的巨大容量。哈里斯说，工业用以太网电缆的价格是其他电缆的四分之一。以太网连接器也可以大大降低成本。
伊利诺伊州霍夫曼地产(Hoffman Estates)供应商博世力士乐(Bosch Rexroth Corp.)的自动化系统产品经理塞耶(Ted Thayer)说，DeviceNet和Profibus电缆/连接器以及CC-Link电缆都相当昂贵。“这些网络可能使用的其他配件，如Profibus交换机和CC-Link无线发射器，也非常昂贵。”
由于以太网电缆可以在任何地方使用，因此无需为现场总线存储单独的电缆和连接器，从而降低了费用。尽管工业电缆与零售商店出售的版本明显不同，但如果以太网电缆坏了，而且技术人员的工具箱里没有类似大小的电缆，那么消费者级电缆总是可以在紧急情况下使用。
明尼苏达州普利茅斯市图尔克公司的高级产品经理卡里·达特说:“如果电缆坏了，你可以跑到商店里重新安装，直到找到坚固耐用的替换电缆。”总部位于美国的自动化组件供应商。她指出，这些消费级电缆应尽快更换为加固版本。
但并非所有应用都需要昂贵的工业级电缆。没有高水平电子噪音或极端温度的工厂通常可以生产高端消费品。“你可以使用高质量的以太网电缆，”斯蒂芬·斯特里克说，他是供应商贝加莱工业自动化公司的产品经理，位于佐治亚州罗斯韦尔。
虽然以太网有时可以降低成本和复杂性，但即使是它的支持者也同意，网络也可能比简单的现场总线更昂贵。当像传感器这样的简单部件被连接到整个网络时，一些替代方案可能被证明更具成本效益。
罗克韦尔的Hannah说:“在传感器和执行器层面，以太网的成本可能会更高一些，而且许多部件还不能用于以太网。许多设备制造商通过提供桥接设备来解决这个问题，桥接设备一端连接到现场总线，另一端连接到以太网。
桥接模块允许您利用现场总线处理这些部件。通过网桥，您仍然可以与以太网连接，因此您可以获得警报和诊断数据，”Hannah补充道。
网桥可以消除以太网用于I/ o级设备时产生的一些成本驱动因素。托管交换机可以被削减，提供大量的节省。尽管许多设备级电缆比以太网布线更贵，但有些更便宜，为替代方案提供了更多的经济激励。
桥梁建设
使用桥梁还可以让工厂经理利用每种技术的资产。以太网的优势在于移动相对较大的数据包，但当必须处理传感器级数据时，它的效率不是很高。现场总线(例如DeviceNet和Profibus)仍然是可行的解决方案，特别是在已经在使用它们的工厂中。
其他设备级总线，如执行器传感器接口(as接口)，适用于涉及传感器和执行器的现场安装，提供速度和抗干扰性。但它们不擅长移动大块数据。用户还可以在as接口上连接任何类型的安全设备。
“以太网用于I/O级应用只有当以太网系统需要更高级别的功能，并且系统只有很少的输入和/或输出时才有意义，”俄亥俄州Twinsburg的供应商Pepperl+Fuchs Inc.的智能系统组经理Helge Hornis说。
他说，当一台机器有大约40个传感器和10到20个输出时，应该评估AS-Interface。当这样的需求使as接口或替代方案变得可行时，桥接概念就能很好地工作。
Hornis说:“将以太网与二级低级布线解决方案(特别是AS-Interface)相结合是特别强大的，因为它融合了两种解决方案的优点，从而充分解决了各自的弱点。”
as接口和现场总线并不是减慢以太网达到设备级连接的唯一架构。IO-Link是一个新兴的替代方案。在Profibus International的支持下创建的标准得到了许多供应商的支持。例如，西门子将IO-Link作为一些主要贸易展会展台的焦点。巴鲁夫最近扩展了其IO-Link扩展模块生产线，该生产线直接连接到Profibus或Profinet网络。
该接口是为传感器和执行器等现场设备的单独连接而设计的。尽管它的广泛目标与as接口大体相同，但推动者注意到它们针对的是不同的细分领域。as接口主要是一个单位总线。IO-Link适用于内置更多智能的设备，比如颜色传感器，”亚利桑那州斯科茨代尔Profibus贸易组织副主任卡尔·亨宁说。
大多数工程师说，要决定选择哪种架构并不容易。系统需求，以及设备的成本和可用性，将告诉工厂经理他们的I/O设备应该使用哪一种总线。图尔克的Daudt说:“迁移到以太网的成本很高。“你真的需要权衡利弊;这不是一项简单的任务。”
很多方法
单网络方法的支持者指出，当以太网扩展到I/O设备时，可以获得许多好处。与任何技术一样，也存在权衡。许多供应商表示，与以太网相关的任何成本溢价都被效益所抵消。“即使耦合器更贵，也没有太大的区别。你所获得的灵活性远远超过额外的成本，”Stricker说。大多数观察人士认为，随着需求的变化，以太网更容易扩展。有时，必须添加额外的子网络，但这种扩展相当简单。
无论网络是在不可避免的问题出现时进行扩展还是修复，以太网的最大好处之一是使用它们的人的工具和技能远远高于替代方案。“以太网有很多调试工具，”Stricker说。“你可以使用它们和个人电脑来调试你的网络，你不需要特殊的工具。”
虽然一些大型工厂可能将许多以太网系统连接在一起，但以太网也可以减少设施内的网络数量。网络有足够的带宽来处理安全和运动功能，这些功能通常使用专用的通信方案。这提供了一个很大的好处。哈里斯说:“如果你把运动产品或安全网络放在以太网上，你真的可以简化你的架构，完全消除专用的运动和安全网络。”
厂商们正在提出降低复杂性的新方法，这通常意味着降低成本。在网络中，可以对各种拓扑结构进行结构化，以满足工业世界的广泛需求。这些配置还在继续演变。
ODVA公司，以前被称为开放DeviceNet供应商协会，去年完成了一种称为设备级环(DLR)的拓扑结构的文档。这种线性方案允许多端口以太网设备在环形拓扑中工作。这简化了布局，降低了成本，同时还通过检测故障并重新配置周围的通信来提高正常运行时间。“有了DLR，客户就不需要购买许多开关就能达到设备级别。它们可以创造一个线性菊花链，”汉娜说。“这并不新鲜，但使用设备级环可以让你拥有一个环控制器，可以识别电缆断裂，并以其他方式路由通信，以最大限度地减少停机时间。”
多年来使用的传统网络架构根据用户需求以不同的方式使用。在某些应用中，供应商建议使用星型架构，其中心集线器周围环绕着在其控制下运行的设备。这样可以节省很多线路。“有了以太网，你可以让一台机器成为集线器，让它周围的一些设备直接连接到集线器，”Stricker说。“这比强迫人们来回使用电缆的网络要容易得多。”
在某些环境中，这可能是最有效的方法。但在其他情况下，星形拓扑结构就不那么理想了。多端口设备让公司可以制造长串设备。“人们正在安装带有两个端口的交换机，这样他们就可以使用线性拓扑而不是星形拓扑，”亨宁说。“明星在工厂里不如在办公室里工作得好。如果你使用中央开关，你需要一根单独的电线连接到每个设备。”
无论工厂使用何种架构，以太网拥有比现场总线等替代方案更好的远程访问。当网络在整个设施中使用时，坐在家里或在世界另一端的工厂的操作人员可以直接与特定设备上的执行器通信。
“当你在I/O级别拥有以太网时，你可以更好地访问诊断信息和警报。这也意味着当警报发出时，你可以从远程站点采取纠正措施，”来自佐治亚州Alpharetta的供应商西门子能源与自动化公司的网络顾问Marty Jansons说。
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