自動(dòng)化行業(yè)中的以太網(wǎng)第2部分：全廠自動(dòng)化中的以太網(wǎng)/IP

在本系列第一部分中，我們探討了以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)中的重要性，1 談到了其相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于初創(chuàng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng)解決方案具有卓越的優(yōu)勢(shì)、能效比和設(shè)備選擇自由性，這些優(yōu)勢(shì)全部來(lái)自其底層技術(shù)的靈活性、數(shù)十年的發(fā)展以及供應(yīng)商群體的成熟度。

在本部分，我們將看看EtherNet/IP®，并考察如何在全廠自動(dòng)化和控制系統(tǒng)中實(shí)施EtherNet/IP®。該標(biāo)準(zhǔn)以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，基本兼容現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，這使其成為提升工廠性能、優(yōu)化成本控制的絕佳選擇。

思科與羅克韋爾自動(dòng)化有限公司(Rockwell Automation)在2011年聯(lián)合發(fā)布的一份出版物中解釋道，“在競(jìng)爭(zhēng)激烈的制造環(huán)境中，要實(shí)現(xiàn)必要的靈活性、可見(jiàn)性和效率，采用開(kāi)放式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單一系統(tǒng)架構(gòu)顯得至關(guān)重要。”2

EtherNet/IP是自動(dòng)化的基礎(chǔ)：一種同時(shí)面向車間和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議

在2013年11月開(kāi)展“移動(dòng)性、以太網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)調(diào)查”時(shí)，Control Engineering(控制工程)雜志調(diào)查了200名受訪者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EtherNet/IP是同類中運(yùn)用最廣泛的行業(yè)協(xié)議，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于同領(lǐng)域的其他協(xié)議。3 超過(guò)70%的受訪者稱其設(shè)施中采用的是EtherNet/IP。

EtherNet/IP的受歡迎程度因行業(yè)而異，就如礦業(yè)和汽車制造業(yè)一樣。具體地，以全廠自動(dòng)化為例，EtherNet/IP可以支持多種應(yīng)用的融合，同時(shí)還能確保實(shí)時(shí)性能。在整個(gè)工廠全面部署以太網(wǎng)，EtherNet/IP可以連通工業(yè)和辦公通信。

EtherNet/IP可以依據(jù)思科與羅克韋爾自動(dòng)化有限公司的融合型全廠以太網(wǎng)(CPwE)架構(gòu)實(shí)施，后者是一種面向工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的參考架構(gòu)。4 其目標(biāo)是通過(guò)面向設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，把工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)應(yīng)用與范圍更廣的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)整合起來(lái)。EtherNet/IP為這一目標(biāo)創(chuàng)造了條件。

在全廠實(shí)施EtherNet/IP時(shí)，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以各設(shè)備的功能及設(shè)備可能存在的性能和可用性要求為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)第2層和第3層多路開(kāi)關(guān)層級(jí)結(jié)構(gòu)以及區(qū)域分割方案。最低層次有執(zhí)行器、機(jī)器人等，驅(qū)動(dòng)、批量控制等應(yīng)用處于上一層次，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)則位于最上層。

深入挖掘這種EtherNet/IP配置的細(xì)微特性，就能發(fā)現(xiàn)，可以用VLAN來(lái)分離工業(yè)流量和非工業(yè)流量，通過(guò)防火墻來(lái)隔離生產(chǎn)區(qū)域和企業(yè)區(qū)域。另外，托管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)必要的彈性、環(huán)路預(yù)防、多播管理、診斷和其他服務(wù)。千兆光纖上行鏈路和冗余路徑以及基于工廠物理布局的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則為彈性網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)力支撐。

基于EtherNet/IP的融合型全廠以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

經(jīng)驗(yàn)豐富的工廠運(yùn)營(yíng)方擁有充足的EtherNet/IP配置資源。另外，EtherNet/IP采用的是未經(jīng)修改的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)，為這一過(guò)程提供了便利?；贑PwE的EtherNet/IP實(shí)施指南能為企業(yè)帶來(lái)哪些好處?

采用EtherNet/IP一類基于以太網(wǎng)的協(xié)議的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)源于以太網(wǎng)和IP技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)、靈活性和發(fā)展成熟度。通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式自動(dòng)化的模塊化標(biāo)準(zhǔn)也存在類似的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)有助于解決諸如下列問(wèn)題：

• 系統(tǒng)維護(hù)：以太網(wǎng)是傳統(tǒng)型自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的良好替代方案，因?yàn)槠渑c企業(yè)系統(tǒng)的集成更加容易，維護(hù)成本也較低。另外，以太網(wǎng)和IP技術(shù)領(lǐng)域的人才和專業(yè)知識(shí)也更加容易獲取。

• 數(shù)據(jù)管理：采用基于以太網(wǎng)的協(xié)議可以提升可用性、性能和實(shí)時(shí)特性。采用單一網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)化橫跨多個(gè)應(yīng)用和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理工作。

• 與業(yè)務(wù)流程的集成：連通車間和企業(yè)系統(tǒng)有助于加快決策過(guò)程。因廠制宜的設(shè)計(jì)和廣泛的驗(yàn)證機(jī)制可以確保可靠性和可持續(xù)性。

最后，將EtherNet/IP一類的以太網(wǎng)協(xié)議用于全廠自動(dòng)化可以滿足對(duì)確定性性能的要求，同時(shí)還能采用易于維護(hù)的以太網(wǎng)和IP標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)以太網(wǎng)集強(qiáng)大的實(shí)力和便利性于一身，不斷超越傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線，因而成為自動(dòng)化行業(yè)的可行選擇。

參考文獻(xiàn)

1 “自動(dòng)化行業(yè)中的以太網(wǎng)第1部分：工業(yè)以太網(wǎng)傳感器的優(yōu)勢(shì)和作用，”ADI公司，2014年12月。

2 “關(guān)于EtherNet/IP全廠部署的十大建議，”思科系統(tǒng)公司和羅克韋爾自動(dòng)化有限公司，2011年10月。

3 “最常用的以太網(wǎng)協(xié)議，” 控制工程，2014年7月。

4 融合型全廠以太網(wǎng)，思科。