工業(yè)以太網(wǎng)應用：設計工廠生產(chǎn)層方案必須了解的七個要素

　　在工廠生產(chǎn)層使用工業(yè)以太網(wǎng)之前，必須了解它的七個要素。

　　1. 網(wǎng)絡布局

　　辦公室的網(wǎng)絡拓撲布局并不適用于工廠生產(chǎn)層，那里采用的是工廠/機器的以太網(wǎng)拓撲布局。辦公室以太網(wǎng)的基礎架構通常是由商業(yè)級的產(chǎn)品構建，它們在恒溫的環(huán)境和星型拓撲構建的交換網(wǎng)絡中可以很好地發(fā)揮作用；而與此不同，工業(yè)以太網(wǎng)架構常常要面對多變的意外情況，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)會采用多種不同的拓撲網(wǎng)絡布局方式（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)的交換機一般由相應的自控系統(tǒng)集成商負責配置和維護。

　　2. 通信協(xié)議

　　對控制系統(tǒng)集成商來說，最要緊的是要認識到以太網(wǎng)只是一個網(wǎng)絡架構，要使它能夠在自控設備間實現(xiàn)通信，所以你需要一個工業(yè)級的通信協(xié)議。IEEE 802.3以太網(wǎng)標準定義了接線方式、數(shù)據(jù)讀寫規(guī)則和以太網(wǎng)架構的結構。雖然使用這個網(wǎng)絡標準的不同設備可以在同一網(wǎng)段里實現(xiàn)通信，但前提條件是它們必須采用相同的網(wǎng)絡協(xié)議，或者說“通信語言”。Profinet是一個專為工業(yè)應用設計的通信協(xié)議，它為分布式I/O、機器與機器間的連通性、機器的安全性以及動作控制提供了相應的功能。

　　3. 處理能力

　　這不是單純地由網(wǎng)絡速度的快慢決定的，而是如何快速精確地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿撊サ牡胤?。網(wǎng)絡的處理能力毫無疑問是最關鍵的因素之一，它的衡量標準是單位時間內(nèi)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸量。而唯一能改進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)比一個標準的以太網(wǎng) TCP/UDP工具要少十幾倍。這是由于，Profinet為一些對時間有苛刻要求的重要工作專門設置了一個以太網(wǎng)實時通道，而與此同時，它的配置、診斷、路由以及“大容量數(shù)據(jù)傳輸”的通信都通過標準TCP/IP通道完成。

　　4. 網(wǎng)絡配置

　　網(wǎng)絡的設置簡單是一方面，但更重要的是，實現(xiàn)通信的編程工作絕對不能太復雜。Profinet能夠通過配置而不是編程，來實現(xiàn)設備間的通信。通過一種對象呼應的配置設備之間內(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%的建設以及調(diào)試試車的時間。

　　5. 先期計劃

　　僅考慮眼前的應用是不夠的，當前的以太網(wǎng)必須能滿足將來所有可能的應用需要。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，就能實現(xiàn)一個高度集成的、適用于不同控制功能（如點對點通信、分布式I/O、機器安全性、動作控制以及數(shù)據(jù)采集）的自控系統(tǒng)。它同樣也為今后可能的擴展進行了準備。

　　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)絡和不同供應商提供的機器集成并正常工作，是必須要考慮的問題之一。既然Profinet使用的是標準以太網(wǎng)交換機，并采用TCP/IP的協(xié)議組件，那么基于Profinet的系統(tǒng)應該能適用整個自控網(wǎng)絡，而不需要另外增加高端交換機或者特殊的功能，例如IGMP snooping和VLAN。Profinet同時也提供了將不同供應商的產(chǎn)品接入同一網(wǎng)絡的解決辦法。通過XML，它將每個機器作為一個部件來處理，相對獨立于內(nèi)部核心的控制系統(tǒng)，這就是以部件為控制單位的自動化概念。

　　7. 費用

　　對工業(yè)以太網(wǎng)絡來說，最重要的費用支出并不是構建網(wǎng)絡的組件，而是設計、安裝和維護的部分。Profinet和其他類似的工業(yè)以太網(wǎng)構架采用IT技術的成果，例如OPC和SNMP，來監(jiān)視和顯示網(wǎng)絡的狀態(tài)。此外，它的診斷功能能夠將網(wǎng)絡的狀態(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)設置和故障查找都可以在中央控制室內(nèi)完成，大大簡化了操作。