自动化笔记本 通讯 封面故事 电子书 第27期- 2013 学习资源 笔记本问题 产品

工业以太网或现场总线网络?

仅使用4-20 mA和其他硬连线方法的工业网络整体安装基地的一例只有大约四分之一的工业网络,现场总线通信系统正成为自动化的事实上选择。现在,辩论正在转向现场总线的网络仍然是标准的问题,或者如果它将被工业以太网占用。

现场总线与以太网

IMS Research的一份报告显示,2011年,基于现场总线的通信系统占新工业自动化网络连接的75%,是使用工业以太网的三倍多。

然而,IMS补充说,以太网增长更快,将在10到15年内成为主导的工业网络技术。虽然IMS研究将所有非以太网工业网络都标记为现场总线,但在我们的讨论中,我们将现场总线网络定义为用于将仪器和分析仪连接到主控制系统(通常是分布式控制系统(DCS))的过程应用中的网络。万博官网手机登陆主要的例子是Foundation H1、HART和Profibus-PA。

将识别设备级网络,作为将离散设备(如传感器,开关和电机启动器)连接到控制器,通常是PLC和PAC。一些最受欢迎的设备级网络使用AS-i,Canopen,DeviceNet,IO-Link,Modbus和Profibus-DP。

虽然工业以太网网络肯定可能在自动化世界中普及,而不是每个人都准备好放弃基于现场总线的通信。对此的解释超出了具有大型安装基地的现场总线;存在明确的情况,其中现场总线是以太网更好的选择。我们将查看现实生活中的实际示例,展示基于现场总线的通信的价值,我们将考虑设备,现场总线和工业以太网网络的未来。

通过以太网的设备和现场总线网络的优点

  • 确定性
  • 更经济
  • 简单的安装需要更少的布线
  • 易于校准仪器
    获得更多的数据-测量和诊断
  • 更容易进行故障排除
  • 对电噪声敏感
  • 更具物理鲁棒连接器和组件
  • 更容易通过网络传输电力
  • 跨越长距离或开关的距离更长

更简单、更经济

当涉及到连接现场级设备时 - 如发射器,控制阀,电机,接近传感器,编码器和类似的监控和控制设备 - 控制系统,设备和现场总线网络通常是最简单和最便宜的方式。

CMD公司位于威斯康辛州的阿普尔顿,生产吹制膜的转换设备(图1)。在工业网络封面故事中,CMD公司的高级电气工程师Paul Johnson解释说,“过程控制器,温度控制器,小型交流驱动器和类似的设备通常都内置在RS-232/RS485端口。”他补充说,大多数人机界面和plc都有相同的端口,这使得它们能够支持Modbus或DF1等通用协议。

“我们选择Modbus是为了省钱。在许多情况下,以太网支持是一项额外的费用。在某些情况下,以太网不能满足应用程序的要求,”Johnson说。万博官网手机登陆以太网通常不能与遗留设备通信,当它能够与遗留设备通信时,静态噪声和高带宽问题就会出现。

基于以太网的网络的好处

  • 快点
  • 同样的网络用于IT自动化
  • 更多的拓扑结构选择
  • 多种网络分析工具
  • 容易扩展
  • 随时可用的技术支持万博电子游戏地址
  • 通用连接到控制器,I/O和其他组件
  • 能够同时传输多个协议
  • 优越且迅速提高价格/绩效比率
  • 与多个无线网络更容易集成

PI北美协会(Profibus和Profinet的协会)的副主任卡尔·亨宁(Carl Henning)说,这个理由是合理的。在封面故事中,他说:“把以太网连接放在接近开关或任何其他简单的传感器或执行器中是没有意义的。”

北卡罗来纳州夏洛特市的Mallard Creek Polymers (MCP)是一家也使用Modbus的乳胶产品制造商。MCP的工程师Matt Bothe表示,该公司使用Modbus与多个智能质量流量计通信,以获得流量和累计测量数据。

虽然Bothe承认设备网络在许多情况下是优选的,但由于其广泛的安装基础,确定主义和熟悉程度,他还增加了这些网络的不同优势。

Bothe解释说:“设备网络通常比模拟/离散系统具有优势,即布线更少、易于校准、获取更多数据、易于故障排除和易于安装。”

决定论和一致性

确定主义是设备和现场总线网络和以太网之间的关键差异。支持者索赔设备和现场总线网络保证响应时间,而以太网不能。这种差异化器对于某些应用是非常重要的,例如依赖于位置依赖的操作。万博官网手机登陆

例如,如果在机器人到达点之前,请告知分配器以恰好打开一秒钟,则它必须非常一致。有时略有延迟,例如1.32秒,只要它一致。可以为1.32秒调整机器人控制器的I / O配置文件中的延迟。
虽然以太网非常快,但它不是确定性的;当定时至关重要时,它无法提供工厂自动化所需的一致性。有时以太网的速度可以克服大部分决定论的关注,但不是所有的决定态度。速度将确定数据包传输速率,但不是如何处理碰撞。

距离的重要性

距离是考虑以太网时的另一个重要因素。虽然有线以太网限制在约100米,但设备和现场总线网络距离可能更长。

Brian Radichel是德克萨斯州达拉斯Purvis Industries的业务发展经理,这是一家材料处理和机械系统制造商。他谈到了自己在之前一家制造石膏板的公司的经历。在进程速度增加期间,系统中的驱动器数量从40个增加到70个。
他解释说,在石膏厂中,驱动节点和cpu之间的距离可能很长。驱动器在许多情况下是集群的,但一个应用程序要求每个驱动器之间的距离为200至300英尺。万博官网手机登陆主干网是Profibus-DP,它可以轻松地处理增加的设备和距离,而网络变化很小。他承认,由于Profibus的菊花链拓扑结构,安装稍微复杂一些,但一旦网络建立和定位,调试就顺利进行了。

基于以太网的系统的100米距离限制意味着它们没有多投能力,这是阻碍它们性能的另一个因素。此外,它们更容易受到噪声的影响,从而降低整体网络性能。光缆可以使用,但它的安装需要大量的技术。

也许更重要的是,使用以太网来覆盖与现场总线网络相同的距离更昂贵。光纤电缆或路由器是必需的,特别是菊花链配置,使以太网在性能和安装成本方面不适合户外,长引线的应用。万博官网手机登陆

现场总线vs以太网

过程自动化中的现场总线

现场总线网络在过程工业中被广泛使用,它们比以太网具有一些优势。要考虑的一个因素是熟悉程度。由于现场总线网络的长期使用,工程师们发现了利用其优势来解决以太网无法解决的问题的方法。
例如,有一家公司的应用程序要求设备通过滑环连接,而10mh万博官网手机登陆z / 100mhz以太网通过滑环组件不能很好地传输。工程师利用他们在设备网络方面的经验,实现了低速的DeviceNet,运行在56khz以避免这个问题。

虽然以太网正试图在流程工业中建立自己的地位,但现场总线基金会的全球营销经理拉里•奥布莱恩并不担心。对于O 'Brien来说,这归结于能源使用,“过程现场设备需要电力,而Foundation H1提供数字通信和标准双绞线供电,”他说。他承认以太网确实支持以太网供电(PoE),但表示PoE的主要用途是用于电话、面板、接入点和摄像机,而不是现场仪器。

许多过程工业包含危险区域,在物理层实现以太网是有问题的。另一方面,现场总线网络可以提供一种双线双绞线的现场级网络,可以安全地安装在危险区域。此外,使用简单的螺钉端子,这是熟悉的设备安装。

现场总线网络的其他主要优点是专门用于过程自动化和现场控制的诊断。O 'Brien解释说,Foundation H1提供了复杂的诊断和数据管理功能,以及允许最终用户在控制阀或现场设备中实现功能块,以实现现场控制的目的。他补充说:“有证据表明,与传统DCS控制相比,现场控制的故障间隔时间增加了80%。”

奥布莱恩说明了他的观点,其中荷兰化工厂的一个例子。该设施的DCS中的接口卡失败,意味着从DCS到现场设备的通信被中断。然而,避免了工厂关闭,因为基础H1的现场控制功能通过测量装置和阀之间的直接通信使得继续运行。

虽然支持者指出以太网能够支持无线,但WirelessHART也具有同样的功能。事实上,由于已经安装了成千上万的工艺仪器,通过WirelessHART连接它们比使用以太网简单。

前进

以太网正在设备级别进入自动化。基于以太网的协议,如以太网/ IP和PROFINET被广泛被广泛被接受为机器人端部件和PLC通信中的可行性。

使用基于以太网的网络最初的顾虑是担心确定性的级别不适合扫描仪和设备节点之间的通信。关于决定论的争论还在继续,但似乎并不值得关注。尽管设备网络受到尊重,被认为是强大的、可靠的和确定性的,但以太网正在取代设备网络。

以太网将进一步发展为越来越简单的设备。工业以太网速度更快,具有更大的带宽、无限的节点数、改进的诊断、更容易的向上集成,并且可以使用标准无线网络。它们还有更多的拓扑选择,显然在自动化网络组合中占有一席之地。

现场总线基金会也看到了以太网在工业应用中的价值,这就是为什么基金会HSE基于高速以太网。万博官网手机登陆基础HSE是为设备、子系统和企业集成而设计的,运行速度为100mbit /s。它支持整个范围的现场总线能力,包括标准功能块和设备描述,以及应用特定的,灵活的功能块先进的过程和离散/混合/批处理应用。万博官网手机登陆

虽然现场总线网络是过程工业的标准和通常是更好的选择,以太网确实有它的优点和用途。事实上,许多公司开始使用这两种网络类型,这取决于应用程序。万博官网手机登陆

克里斯汀莱赫,控制计

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最初发布于2013年9月24日