工業(yè)4.0對(duì)制造商的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策提出了要求,工業(yè)以太網(wǎng)需要處理更高的速度和容量。
如果回顧過去30 年的發(fā)展歷程,,我們會(huì)清晰的發(fā)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)最重要的一個(gè)趨勢(shì)——隨著技術(shù)更新在整個(gè)市場(chǎng)上的傳播和應(yīng)用,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的速度不斷加快,。在其中,,標(biāo)準(zhǔn)也起到了一定作用,有時(shí)會(huì)影響工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的變革,。
在新安裝的節(jié)點(diǎn)中,,工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)量已經(jīng)超過了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)節(jié)點(diǎn),并且工業(yè)4.0 的影響對(duì)其發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,。那么工業(yè)以太網(wǎng)如何適應(yīng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的未來需求,?
技術(shù)生命周期的經(jīng)典模型是創(chuàng)新,、早期采用、擴(kuò)散,、整合和標(biāo)準(zhǔn)化,,然后進(jìn)行更換??紤]到外部影響的廣泛變化,,正在不斷打破舊有的事件順序。從概念角度來看,,工業(yè)4.0 正在推動(dòng)變革,。由此產(chǎn)生的實(shí)際挑戰(zhàn),例如跨平臺(tái)集成,、大數(shù)據(jù)以及迅速發(fā)展的人工智能(AI)都是影響網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的重要外部力量,。
與仍在進(jìn)行中的現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用和整合相比,以太網(wǎng)在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用增長迅速,。以太網(wǎng)技術(shù)的開放性,,也為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供了更多的可能性。
制造業(yè)升級(jí)的加速意味著,,隨著企業(yè)進(jìn)入工業(yè)4.0,,它們需要考慮如何構(gòu)建工業(yè)通信基礎(chǔ)設(shè)施以保持競爭力和蓬勃發(fā)展。盡管工業(yè)以太網(wǎng)可以提供面向未來的系統(tǒng),,但其性能的高低也可以影響企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的效果,。
工業(yè)4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)要求從最小的傳感器到企業(yè)級(jí)系統(tǒng)的無縫互連。這些概念所描繪的未來,,將建立在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,。數(shù)據(jù)可以提供對(duì)制造過程的可行見解。
未來的通信基礎(chǔ)架構(gòu)
希望獲得成功的制造公司要充分利用這些數(shù)據(jù),,而又不致使其通信系統(tǒng)癱瘓,。未來的通信基礎(chǔ)架構(gòu)可能會(huì)包含云計(jì)算的線索。不久的將來,,云將包含虛擬可編程邏輯控制器(PLC)和虛擬監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA),,可實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到工廠車間設(shè)備。
工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)已成為工業(yè)通信的一個(gè)重要支柱,,無論其所處位置如何,,它們通過連接不同的設(shè)備、機(jī)器,、系統(tǒng)和用戶,,來幫助控制工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施和公用事業(yè),。在各種以太網(wǎng)協(xié)議中,,數(shù)據(jù)傳輸可能有所不同,。以太網(wǎng)的性能會(huì)影響處理當(dāng)前和未來數(shù)據(jù)共享需求的能力。
不管企業(yè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的性能如何,,雖然現(xiàn)在能滿足要求,,但未來未必能夠滿足需求。如果企業(yè)不及時(shí)升級(jí),,它們將落在后面,,因?yàn)樗鼈儫o法成功地采用工業(yè)4.0,也無法獲得對(duì)制造過程的效率提升,。
工業(yè)以太網(wǎng)的性能比較
CC-Link IE Field 與傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)性能比較。圖片來源:CLPA
關(guān)鍵概念:
■ 由于工業(yè)4.0 的興起,,工業(yè)以太網(wǎng)已成為制造企業(yè)的支柱,。
■ 以太網(wǎng)的性能可能影響企業(yè)數(shù)字化的實(shí)施效果。
思考一下:
貴公司正在為工業(yè)4.0 和IIoT 做準(zhǔn)備嗎,?
選擇工業(yè)以太網(wǎng)的注意事項(xiàng)
在為自動(dòng)化應(yīng)用選擇工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議時(shí),,請(qǐng)考慮與其它協(xié)議的兼容性、與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成并提供靈活拓?fù)涞哪芰?。另外,,通常建議使用網(wǎng)管交換機(jī),而不是非網(wǎng)管交換機(jī)(除非您非常希望使用非網(wǎng)管交換機(jī)),。
建議在選擇工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議時(shí),,應(yīng)充分考慮以下注意事項(xiàng):
●使用開放的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)采用未經(jīng)修改的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),,同時(shí)保持高性能以及集成功能安全性,、運(yùn)動(dòng)、能源管理以及冗余的能力,。
●允許與其它協(xié)議共存的高速控制和流量,,這是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的未來。隨著制造企業(yè)開始進(jìn)入工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)領(lǐng)域,,更多信息正在提供給更高級(jí)別的系統(tǒng),。能與其它協(xié)議配合使用的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),提供了一種面向未來的措施,。
●為正確的任務(wù)推廣合適的工具,。工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)為工廠數(shù)據(jù)提供高速、高效的中繼,。OPC基金會(huì)的統(tǒng)一體系架構(gòu)(OPC UA)以及超文本傳輸協(xié)議(HTTP)等其它協(xié)議,,可以連接到制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng),、分析或云架構(gòu),。先進(jìn)的連接性為未來創(chuàng)造了穩(wěn)健的基礎(chǔ)架構(gòu),。
●利用標(biāo)準(zhǔn)化的途徑和方法來集成舊式現(xiàn)場(chǎng)總線。如果協(xié)議規(guī)格書預(yù)先確定了如何通過代理將數(shù)據(jù)引入網(wǎng)絡(luò),,則過渡過程將很順利,。
●允許使用任何類型的拓?fù)洌缇€形,、樹形,、星形、無線,、光纖和環(huán)形(見下圖),。
當(dāng)任何拓?fù)涠际强赡軙r(shí),在需要的地方布置設(shè)備和布線更容易,,從而可以從網(wǎng)絡(luò)實(shí)施開始就最大程度地提高效率,。圖片來源:PI
●使用托管或非托管交換機(jī)。通常來說,,使用托管以太網(wǎng)交換機(jī)可以更好的提高網(wǎng)絡(luò)性能,、診斷、網(wǎng)絡(luò)安全和模塊化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),。
●通過使用各種類型的診斷和工具來提升正常運(yùn)行時(shí)間,。網(wǎng)絡(luò)診斷包括三種常規(guī)類型:設(shè)備相關(guān)、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)和過程相關(guān),。生成的錯(cuò)誤消息應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化,,以便可以獨(dú)立于所用工具來提取診斷信息。該工具可能是工程實(shí)施系統(tǒng),、專用診斷工具或網(wǎng)頁瀏覽器,。
●支持即插即用設(shè)備更換,以自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)營,,從而可以減少停機(jī)時(shí)間和相關(guān)成本,。