以太网进入新领域

老化的现场总线系统给散热器专业公司位于北卡罗来纳州夏洛特的工厂的工程师和技术人员带来了太多的麻烦。当一个节点的故障导致整个系统停机时，用于容器的Gunk, Liquid扳手和其他产品的码垛系统经常停止。

网络故障变得如此普遍，以至于技术人员创造了一个解决方案，以便工厂车间的许多工人可以重新启动网络。“我们在系统上安装了一个电源开关，这样当我们不在的时候，设备操作员就可以重新启动，”散热器专业公司的控制技术人员Shawn LaHart说。这减少了痛苦并节省了时间，但在系统重新启动时，生产仍然停顿了几分钟。

去年年底，该公司安装了一个以太网兼容的现场总线，将工厂使用的办公室网络标准降低到输入/输出(I/O)级别。现在，散热器专业已经部署了倍福自动化的EtherCat协议，应急电源开关正在变得尘土飞扬。“我们的EtherCat系统已经运行了几个月，没有任何错误，”项目工程师Murray Williamson说。

散热器专业公司是众多将以太网降低到现场总线级别的制造公司之一，使无处不在的网络看起来像是20世纪90年代中期现场总线战争的赢家。它甚至被用于解决实时问题，因为许多供应商提供了提供确定性的变体。

分析人士指出，与已经使用多年的现场总线相比，其采用率仍然很低。位于马萨诸塞州戴德姆的ARC咨询集团公司的高级分析师哈里•福布斯说:“其他现场总线的节点仍然比以太网多，但它的增长无疑相当迅速。”他指出，在2004年，现场总线级别的以太网节点还不到100万个。

然而，有许多原因使以太网在这一角色中的增长正在扩大。其中之一就是一旦安装了标准的以太网电缆(业内称为“Cat 5”)，公司就不再受现场总线的束缚。以太网为制造商提供了一个开放的环境，允许他们使用来自不同供应商的硬件和软件。对于许多工程师来说，这是值得庆祝的事情。

布朗印刷公司(Brown Printing Co.)的高级程序员分析师莱恩•贝克尔(Ryan Becker)说:“以太网作为现场总线有很多优点。”布朗印刷公司在明尼苏达州的Waseca印刷许多全国性杂志。,总部。布朗现在正在使用来自加利福尼亚州Temecula的Opto 22的模块来连接I/O点。

Becker指出，使用旧的现场总线很难提取用于生产报告的数据，并且使用特定的中间件绑定I/O点的成本很高。现在，他使用Java、C或Visual Basic编程语言访问节点。他补充道:“通过以太网I/O，我可以直接与I/O点进行通信，而不增加任何成本，而且我可以使用我选择的任何语言与I/O点绑定并提取数据。”

供应商指出，对以太网的广泛支持使许多常见工作变得更加简单。个人计算机(pc)上有以太网连接和兼容软件，并且有许多现成的程序用于许多常见任务。“现在开发和监控软件相对容易。

每台笔记本电脑都有以太网，因此您可以使用Web浏览器作为调试工具。没有其他东西可以买，”Helge Hornis说，他是Pepperl+Fuchs的智能系统经理，该公司是一家位于俄亥俄州特温斯堡的网络组件供应商。

另一个好处是，无论部署哪种通信协议，数据都可以在整个网络中自由传输。这意味着即使在远程位置也可以有效地维护这些系统。散热器专业公司的威廉姆森说:“现在我可以从我的办公桌上监控整个系统，我不必走到地板上插入系统。”他补充说，他也可以从家里或从一个非现场会议登录。

找到能够进行调试和其他工作的人也要简单得多。Opto 22的营销副总裁本森•霍克兰表示:“以太网的知识基础远远高于任何现场总线。这种经验使得在相当短的时间内建立现场总线成为可能。个人电脑世界对即插即用的推动使得网络技术人员的工作相对简单。

“重新配置系统主要是复制和粘贴。我在一天内完成了所有的工作，”Radiator specialty的拉哈特说。这种安装消除了经常发生的停机造成的延迟，这为散热器专业公司的管理层提供了理解和赞赏的回报。威廉姆森说:“对我们来说，一个小时是几千美元，所以我们可能会看到数万美元的额外吞吐量。”

实时

大约从本世纪初开始，许多用户就已经获得了以太网现场总线的好处。但在需要确定性的应用中，传统的现场总线一直是唯一的选择。然而，这种情况正在迅速改变。“已经有很多I/O任务的协议不是时间紧迫的。德州奥斯汀市自动化产品供应商国家仪器公司(NI)的集团经理托德·沃尔特说:“现在有些公司以决定论所需的速度推出产品。”

一些网络公司现在正在提供工业级以太网技术的变体，这些技术提供实时功能，达到低毫秒甚至低微秒的时间，以确保及时传递消息包。这种决定论现在有多种形式。可用的技术包括EtherCat、EtherNet/IP、EtherNet - Powerlink、现场总线基金会的高速以太网、Modbus TCP/IP、Profinet和SERCOS III。

供应商注意到，这些网络的速度使得将更多功能集成到单个控制器中成为可能。即使在运动控制等复杂且要求苛刻的应用中，现在也可以从中央控制面板处理许多模块。

位于明尼苏达州伯恩斯维尔的倍福自动化有限责任公司I/O系统产品经理斯基普·汉森说:“在一微秒内同步100个伺服轴是以前从未做过的事情。倍福开发了EtherCat，它现在是国际电工委员会(IEC)的规范。

Hansen指出，实时以太网的带宽使系统集成商能够整合许多工作，或者改变他们将设备连接在一起的方式。他继续说道:“工程师们必须以不同的方式思考，才能充分利用这项技术。”

网络的能力也使得连接位于相当远距离的模块成为可能。倍福正在宣传一种消除超长电缆传输延迟的方法。不再需要靠得太近才能获得实时性能。Hansen说:“我们可以将I/O同步到纳秒级，提供不受线路长度影响的确定性I/O。”

如果以技术小组的成员资格作为衡量标准，那么整个行业对实时以太网的兴趣都很高。现场总线基金会有300多名成员，EtherCat技术集团有200多名成员。

所有这些对高速以太网的关注将现场总线之争推向了另一个层次，关注的是应用程序和协议，而不是包揽一切的专有架构。但是，这个时代竞争激烈的市场使得这场现场总线之战很可能不会像90年代开始的战斗那样持续那么久。大多数供应商没有足够的资金为一个问题的多个解决方案提供同等水平的技术援助。“我们无法为每条总线提供相同水平的支持，所以我们花了很多时间来评估哪条总线将成为我们的选择总线，”NI工业控制和测量集团经理Brian MacCleery说。

ARC的Forbes指出，这些不同的解决方案是“一个困惑点”，但这种多样性不太可能对市场增长产生重大影响。实时以太网的各种形式都与供应商联系在一起，因此许多用户可能会跟随他们的主要供应商的领导。

然而，当不同供应商的设备必须进行通信时，不兼容性就会出现。对于许多工厂经理来说，这将是一个令人烦恼的问题，而对于帮助工厂高效运行的系统集成商来说，这将更加令人烦恼。对于这些必须在异构应用程序中工作的公司和前设备供应商来说，通常不可能只选择一个。

推广这些不同架构的供应商希望提供差异化，因此他们没有什么动力去寻找单一的解决方案。但大多数观察人士认为，随着时间的推移，这个领域将会缩小。“最终，这将归结为一个或两个领先的架构。这些网络不会都以同样的速度增长，所以市场将决定有多少以及哪些能生存下去。”福布斯预测。

尽管以太网的使用有很大的发展势头，但观察人士指出，电气和电子工程师协会(IEEE)的标准并不是解决当前问题的最终方案。在许多应用程序中，仍然需要网络的层次结构。

位于乔治亚州阿尔法雷塔的西门子能源与自动化汽车事业部的汽车动力总成业务经理吉姆•雷姆斯基表示:“对于每个需要交换机的设备来说，以太网交换机仍然有成本。”他指出，现有的现场总线开关通常嵌入到设备中。

Remski还指出，处理来自传感器和其他设备的少量数据的低级总线有时是最好的解决方案。这种观点得到了其他人的认同。

“我们不会容忍将以太网用于所有事情。CAN(控制器区域网络)适用于像传感器这样具有小块数据的产品，”Opto 22的Hougland说。ARC的Forbes指出，像没有诊断功能的接近开关这样的简单产品是另一个以太网可能过于昂贵的应用。

避免使用以太网的另一个潜在原因是它对病毒和黑客攻击的开放性。但在大多数情况下，这是一个更高层次的问题，不会下降到现场总线级别。这是因为通常不希望现场总线上的设备与网络上的任何其他设备自由通信。“你可以配置I/O，让它只监听来自定义地址的通信，”houghland说。

尽管现在有充分的理由不到处使用以太网，但情况可能不会一直如此。一些观察人士认为，半导体行业不断推动将更多外围设备集成到成本更低的芯片上，这可能最终使以太网适用于那些低性能应用。“当你能以低于5美元的价格买到一个具备所有功能的微控制器时，以太网基本上就成了免费的，”NI的沃尔特斯说。

微控制器的低成本已经使得设计工程师很容易在越来越多的与现场总线相连的产品中加入以太网。与许多电子技术一样，一旦一些高端产品包含了一个特性或功能，它就会迅速成为许多新兴新产品的共同属性。

“现在许多电机控制器都有以太网;几年前还没有，”霍兰德说。

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