智能工廠核心工業以太網助力IIOT發展

時間:2019-07-12 10:53?????? 來源: 領潔衛浴

  近年來,隨著物聯網的不斷發展,人工成本的不斷上揚,企業對于生產線自動化應用要求也增多。而隨著以太網作為工業網絡不斷地更新升級,各個公司也在加速工業自動化系統和企業應用之間的深化整合。工業以太網作為一種高效的局域網絡,它的構建也就成為智能工廠建設的核心。近年來,工業以太網開始廣泛受到重視。

  如果將一個制造工廠比作一個人的話,那么,連接設備與設備之間相互通信的工業以太網就是人體的神經系統,它能敏感地將各種信息反饋給指揮者,也是傳輸指令的重要通道。工業以太網作為一種高效的局域網絡,從誕生之初,就擔負著傳感器數據傳輸、生產設備控制等功能,是現代工業自動化生產體系中的重要組成部分和工廠信息化的基礎。它的構建也就成為智能工廠建設的核心。

  工業以太網是智能工廠核心

  如果說第三次工業革命的自動化,僅是將生產過程作為對象,對其進行信息技術的應用。工業4.0將信息技術的應用大幅擴大,進而衍生出“智能工廠”的概念。它的關鍵技術是信息技術。

  “工業以太網,互聯互通、實時控制,進而實現安全、節能將是智能工廠的核心技術。”。具體而言,包括生產設備聯網實現自律協調作業的M2M,通過網絡獲取大數據的應用,開發、銷售、ERP、PLM、SCM等業務管理系統與實際生產過程之間的協同等。

  因為現代智能工廠有四大關鍵點:一是要連接所有網絡以拿到數據。二是要有智能機器。三是大數據,將所有設備、所有人連接后,所有數據都大批量傳送到智能終端上。四是分析,得到數據后從中抓取出應用趨勢來,提高設備狀態的檢測和預測水平。要形成高速傳輸、大數據,保證實時性、安全性和節能就變得十分關鍵。這正是工業以太網構建的要旨。

  IIoT需要工業以太網

  工業物聯網(IIoT)在傳感器技術、無線連接、能量采集、大數據以及云計算方面的創新,是在設備、系統和人之間進行無縫信息交換的一部分,它為制造企業在整個價值鏈上提高業績、靈活性和響應能力鋪平了道路。IIoT的發展需要工業以太網,通過以太網提供的數據,大數據分析可以為企業提供更有價值的信息。

  考慮到更加高速的工藝對以太網的要求,以及更多的數據采集,工廠需要一個冗余網絡,這樣就可以很容易地在控制層解決網絡問題。全網的可見性也會給邊緣設備提供可依賴的網絡。

  一個具有三層路由器和二層管理型交換機的主機就可以滿足核心網絡的需求。二層非管理型交換機要求擴展包含在IP地址層的端口狀態透明度,以及提高端口的服務質量,使之適應需要大量自動化網絡的企業運行環境。不過缺點是這樣的交換機價格昂貴并且實施的時候需要一個相對長的啟動時間。

  以太網的可靠性

  隨著更多的可編程邏輯控制器(PLC)、輸入/輸出(I/O)設備、終端計算機以及HMI等與以太網相連接,對以太網的魯棒性要求會越來越高。對于那些沒有進行升級、無法獲得網絡邊緣透明度的自動化團隊來說,可能會帶來指數級的能源消耗。隨著邊緣設備的增加以及數據采集功能的提高,需要人工檢查交換機的機會會減少,通過自動化的連接系統,會將損失的數據和設備情況及時上傳。

  更大的網絡透明度加快了自動化和IT團隊的故障診斷。支持Modbus/TCP以及SNMP協議的邊緣交換機技術也讓故障診斷更容易。在這個融合的網絡模式里,團隊可以快速地獲得網絡問題的解決方案。

  例如,來自于工廠車間中溫度傳感器的數據可能對于工程師進行工藝分析,以及IT部門進行云存儲和商業過程分析來說都很重要;一旦發現數據丟失變得明顯,兩個團隊都可以及時發送或接收報警。

  低成本管理型交換機

  市場研究機構IHS的JohnMorse預測,“低成本的、較低功能性的二層交換機的采用,會更經濟地滿足用戶的需求,就像更多的網路被擴展,以滿足IIoT時代對于連接程度的需求。”在IHS2014年的一份關于工業以太網基礎設施組件市場的報告中就指出,“從長遠來看,隨著企業對于成本的考量,非管理型交換機的需求將會逐步放緩,就像網絡集線器一樣。”

  為了讓自動化和IT軟件獲取更多端口狀態的可見性,作為邊緣交換機的二層非管理型交換機必須支持Modbus/TCP以及簡單網絡管理協議(SNMP)通訊。這會允許監測控制和數據采集(SCADA)、人機界面(HMI)軟件、以及IT網絡管理系統(NMS)軟件實時地監控交換機設備的狀態。

  標準化多協議是以太網當前主要問題

  如果說,構建高速、大數據安全和節能的工業以太網是抓住了智能工廠的“牛首”,那么解決工業以及網絡的多標準問題,則是工業以太網的關鍵。近些年來,工業以太網經過了不斷的發展,其實用性、易用性都獲得了長足的進步,其應用范圍也逐漸得到了擴展。然而,應用的快速增長也必然伴隨著各廠商在這一領域的激烈競爭。時至今日,受到不同廠商支持的各種工業以太網紛紛搭建了自己的舞臺。

  許多不同的通信協議已成為工業以太網市場中的標準協議,因此希望支持市場所需不同協議、或者希望在同一臺設備中支持多種協議的工業設備系統設計人員就要面臨開發時間增加的問題。從某種程度上講,不同種類的工業以太網之間是可以解決互聯和互通的,但仍不能解決設備間互操作的問題。使用不同工業以太網的設備完全可以共存,但是不能對話。互操作是體現在應用層的差異,要在同樣的網絡中使用多種以太網設備就需要網關進行協議轉換。

  總結

  面對工業以太網市場的旺盛需求,如何選擇并使用好工業以太網,也成為了用戶、系統集成商需要謹慎考慮的一環。工業以太網前期在中國的發展較國外發達國家滯后,但現在發展速度很快,各廠商在這方面的技術越來越成熟,也在產品的推廣中積累了很多經驗,目前對一般主流行業應用中的要求,以太網基本能夠很好地滿足。

  在一些特殊的條件下,還會存在一些有待解決和完善之處。比如,網絡的完全確定性,安全性,又如工業以太網所使用的雙絞線,抗電磁干擾的能力就比較弱,傳輸的距離比較短,使用光纖傳輸能夠解決傳輸距離的問題,然而又會使成本提高,但這些問題對整體的發展趨勢影響不大。

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