工業(yè)以太網(wǎng)七要素

在工廠生產(chǎn)層使用以太網(wǎng)之前，必須了解它的七個(gè)要素。這里，我們以Profinet標(biāo)準(zhǔn)為例，為大家一一進(jìn)行介紹。

　　1. 網(wǎng)絡(luò)布局

辦公室的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>布局并不適用于工廠生產(chǎn)層，那里采用的是工廠/機(jī)器的以太網(wǎng)拓?fù)洳季帧＾k公室以太網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)通常是由商業(yè)級(jí)的產(chǎn)品構(gòu)建，它們?cè)诤銣氐沫h(huán)境和星型拓?fù)錁?gòu)建的交換網(wǎng)絡(luò)中可以很好地發(fā)揮作用；而與此不同，工業(yè)以太網(wǎng)架構(gòu)常常要面對(duì)多變的意外情況，因此需要具有一些額外的功能，例如高速冗余等。工業(yè)以太網(wǎng)會(huì)采用多種不同的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)布局方式（星型、環(huán)型、樹型、線型），并使用屏蔽電纜、金屬接頭，具有更高的耐熱耐震性能。此外，工業(yè)以太網(wǎng)的交換機(jī)一般由相應(yīng)的自控系統(tǒng)集成商負(fù)責(zé)配置和維護(hù)。

　　2. 通信協(xié)議

對(duì)控制系統(tǒng)集成商來說，最要緊的是要認(rèn)識(shí)到以太網(wǎng)只是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，要使它能夠在自控設(shè)備間實(shí)現(xiàn)通信，所以你需要一個(gè)工業(yè)級(jí)的通信協(xié)議。IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義了接線方式、數(shù)據(jù)讀寫規(guī)則和以太網(wǎng)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)。雖然使用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的不同設(shè)備可以在同一網(wǎng)段里實(shí)現(xiàn)通信，但前提條件是它們必須采用相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，或者說“通信語言”。Profinet是一個(gè)專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，它為分布式I/O、機(jī)器與機(jī)器間的連通性、機(jī)器的安全性以及動(dòng)作控制提供了相應(yīng)的功能。

　　3. 處理能力

這不是單純地由網(wǎng)絡(luò)速度的快慢決定的，而是如何快速精確地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿撊サ牡胤?。網(wǎng)絡(luò)的處理能力毫無疑問是最關(guān)鍵的因素之一，它的衡量標(biāo)準(zhǔn)是單位時(shí)間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量。而唯一能改進(jìn)這一性能的方法就是減少通信堆棧中循環(huán)周期的次數(shù)。Profinet通信堆棧中的循環(huán)周期次數(shù)比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)TCP/UDP工具要少十幾倍。這是由于，Profinet為一些對(duì)時(shí)間有苛刻要求的重要工作專門設(shè)置了一個(gè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通道，而與此同時(shí)，它的配置、診斷、路由以及“大容量數(shù)據(jù)傳輸”的通信都通過標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通道完成。

　　4. 網(wǎng)絡(luò)配置

網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置簡(jiǎn)單是一方面，但更重要的是，實(shí)現(xiàn)通信的編程工作絕對(duì)不能太復(fù)雜。Profinet能夠通過配置而不是編程，來實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信。通過一種對(duì)象呼應(yīng)的配置設(shè)備之間內(nèi)部通信的方法，而不是傳統(tǒng)的編程調(diào)試的方法，系統(tǒng)集成商和最終用戶能夠節(jié)約至少25%的建設(shè)以及調(diào)試試車的時(shí)間。

　　5. 先期計(jì)劃

僅考慮眼前的應(yīng)用是不夠的，當(dāng)前的以太網(wǎng)必須能滿足將來所有可能的應(yīng)用需要。Profinet使用戶能按照自己的步調(diào)，只采用單一的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)高度集成的、適用于不同控制功能（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、分布式I/O、機(jī)器安全性、動(dòng)作控制以及數(shù)據(jù)采集）的自控系統(tǒng)。它同樣也為今后可能的擴(kuò)展進(jìn)行了準(zhǔn)備。

　　6. 舊系統(tǒng)改造

工業(yè)以太網(wǎng)的要素并不僅僅局限于以太網(wǎng)本身，如何與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和不同供應(yīng)商提供的機(jī)器集成并正常工作，是必須要考慮的問題之一。既然Profinet使用的是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機(jī)，并采用TCP/IP的協(xié)議組件，那么基于Profinet的系統(tǒng)應(yīng)該能適用整個(gè)自控網(wǎng)絡(luò)，而不需要另外增加高端交換機(jī)或者特殊的功能，例如IGMP snooping和VLAN。Profinet同時(shí)也提供了將不同供應(yīng)商的產(chǎn)品接入同一網(wǎng)絡(luò)的解決辦法。通過XML，它將每個(gè)機(jī)器作為一個(gè)部件來處理，相對(duì)獨(dú)立于內(nèi)部核心的控制系統(tǒng)，這就是以部件為控制單位的自動(dòng)化概念。

　　7. 費(fèi)用

對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)來說，最重要的費(fèi)用支出并不是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的組件，而是設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)的部分。Profinet和其他類似的工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)架采用IT技術(shù)的成果，例如OPC和SNMP，來監(jiān)視和顯示網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。此外，它的診斷功能能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)直接在包括PLC和SCADA系統(tǒng)在內(nèi)的自控系統(tǒng)上反映出來。這樣組態(tài)設(shè)置和故障查找都可以在中央控制室內(nèi)完成，大大簡(jiǎn)化了操作。