解读工业以太网在工控领域的灵活应用

时间:2019-10-18 15:13       来源: 时光商务新闻

  众所周知,以太网及TCP/IP通信技术在IT行业已获得了巨大的成功,近年来随着工业用户对数据网络的需求越来越高,大量设备已经具有了数据采集和通讯能力,而且支持基于以太网的IP传输、办公/生产一体化的趋势已日益明显。

  工业以太网在综合工厂中控制系统、监控系统和办公网络中的应用,使管理者能通过实时信息实现对工艺控制和生产力的改进,并可从任一位置能够对多个地点进行过程控制和监控。在生产制作过程采用以太网会带来:单位带宽费用低、布线花费节省、非常简易的与商业结构进行连接等显著优点。

  1、工业以太网以太网在工业领域的延伸

  目前,工业以太网在自动化领域已有了不少成功应用,主要集中在以下几个方面:

  ◆车间级信息集成:主要有专用生产设备、专用测试设备、条码器、PC机及以太网络设备;主要功能是完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。

  ◆管理层信息网络:即支撑工厂管理层MIS系统的计算机网络,主要完成如ERP的信息系统。

  ◆SCADA系统:特别是一些区域广泛、含有计算机广域网技术、无线通信技术的SCADA系统,如城市供水或污水管网的SCADA系统、水利水文信息检测SCADA系统。

  ◆个别的控制系统网络:个别要求高可靠性和一定实时性的分布式控制系统也采用以太网+TCP/IP技术,如水电厂的计算机监控系统,并获得很好的效果。

  工业以太网与办公以太网的主要差别:工业以太网对实时性的要求及设备的远端供电;需要极度的可靠性,特别是在恶劣的工作环境中;具有在苛刻的环境下运行的能力。

  2、工业连接器承受恶劣环境的新型接口

  作为工业以太网的重要基础设施的综合布线系统,不能简单照搬楼宇布线的套路,这样的综合布线系统,经常是不到一两年时间就暴露出点位设计移动、线缆路由变更、产品腐蚀磨损变形、传输性能下降等顽症,使得用户不得不花费大量人力、财力进行整改甚至重新施工。

  在恶劣的工业环境中,比如矿业、汽车业、海运、医疗、精细化工、主题娱乐园、食品加工、电力等环境中,灰尘、温度、潮湿、电磁干扰或振动都会对数据信号的物理传输链路产生很大的影响。而在大型的生产/组装/加工型企业,设备/流水线的采购安装并不是同时发生,而是根据投资、市场的变化循序渐进,并且充满变数,与之相配套的信息点位也是个未知数。如何在不影响当前生产的前提下安装或调整线路是对传统综合布线的一个挑战。

  为此,各综合布线厂家推出了工业连接器产品。传统连接器产品在置于极端的灰尘、温度、潮气、电磁干扰或振动环境下,则性能和可靠性将受到损害。工业连接器能提供强大的以太网连接,并能抵御最为恶劣的环境,比以前任何以太网连接头更坚硬、强壮及性能稳定,能满足目前生产行业及任何常规工厂场所的应用需求。

  2.1工业标准的倡导

  在意识到需要后,TIA(电信工业协会)和IEC(国际电工委员会)已要求标委会制定相关工业布线标准,TIA于1999年末组织了TR-42.9工业电信基础小组,其目标是为超过一般商业大楼标准范畴的工业大楼,建筑及园区等环境发展相应的标准。IEC则希望在TIA工作的基础上再建立补充标准。TR-42.9目前在造型一种工业适用的连接器接口方面已经有了很大的进展。

  ODVA(开放设备网络供应商协会)和JSIG(控制网络行业小组)正在制定一种以太网工业协议(EtherNet/IP)发展标准。除了规定连接器接口外,TR-42.9还定义了接口必须适合的环境要求。

  TR-42.9的工作是在IEC早期有关(IP)国际保护守则上的扩充,这个守则里为一些接口附件定义了一些环境要求,如使用两位数字表示了一个封闭附件为接口提供的保护等级。

  TR-42.9在为匹配的工业密封插头和插座进行规划时运用了上述的守则。第一位数字指密封体对固体材料的抵抗力,第二位数字指对液体腐蚀的抵抗力。

  为了保证连接头在恶劣环境下能可靠发挥以太网性能,TR-42.9很可能建议遵循IP67守则。IP67指当一个连接头被密封后,可防止灰尘的进入和短时间和水浸。除了灰尘和水,最终的TR-42.9工业标准还将关注其它因素:

  (1)湿气/水蒸汽

  传统的连接器如置于中等潮湿环境下,会随着时间的变化而受到腐蚀,并导致断断续续的传输问题。在严重的情况下,插座内的连接针脚甚至会全部腐烂。另外,任何浸没和液体飞溅也是不能容忍的。

  (2)腐蚀性材料

  工业环境下是经常会遇见腐蚀性气体和液体情况的。象油、气和化学物质能侵蚀外面的连接器护盖、插头和插座的金属脚、线缆外套等。

  (3)极端温度

  现在的连接器一般能忍受-10℃~60℃的温差,对于绝大部分办公和一般工业环境是没有问题的。但是,如果放在极端的恶劣温度环境下,超过范围的温度会导致传输错误和可靠性问题。

  (4)振动

  当置于极端振动环境,标准连接器会引起反作用力。经过一段时间后,插头和插座的连接将会逐渐磨损,针脚在连接点会凹陷下去,降低可靠性。而且,在这种磨损过后,如暴露于蒸汽环境,又会进一步引起腐蚀。

  (5)电磁干扰

  严重的电磁干扰源通常有临近数据通路的生产设备,电力通道。机器和电气通道等。机器和电气通道产生电场,并能耦合入数据通路中导致噪音,破坏数据信号的完整性。

  2.2用户市场上的工业连接性

  布线系统顾问、设计及安装工程师正更多地面对富有挑战性环境。有时在安装时会有部分或整个地点由于环境因素产生连接性问题,如可能被水浸的房间、易于粘灰的区域及位于极端温度环境下的地点。

  今天,当设计和安装技术人员面对这些问题时,一些人会考虑放弃传统的连接器并希望等待最好的产品。在本刊近期的调查中了解到在工业环境下传统布线产品的使用情况。

  布线插座长时间暴露在潮湿空气,没有得到任何保护,其接触脚将腐蚀并会导致最后的损坏。另一种方案是为用户提供一个保护套件来隐藏连接器,是用特殊设计来替代场所盒保护连接免受水和碎屑的损害。

  2.3工厂场所上的连接性

  生产市场上,目前正兴起这样的需求:人们要在工厂场所上有坚固的连接性。许多厂家正在推动企业资源规划(ERP),使内部动作流水化,提高产品实用性,减少产品成本。实施有效的ERP的关键是能够精确,实时地进行数据处理。但是,现今多数正在使用的生产设备不能无缝地在工厂场所和企业网络间收集传送通信数据。

  而一些领先的生产商已经提供了工厂EtherNet/IP系统配置,为ERP应用收集数据等自动化产品设备。据估计,到2004年,超过22%的新的生产设备将有以太网连接。一旦新一代产品触及市场,内部网络将无缝延伸至工厂场所。

  工业以太网主要应用在如采矿业、精炼厂、自动设备、生产车间等,在这些环境里,腐蚀性气体和液体由机器人设备产生的极端电磁干扰、振动、高温是很平常的。而高效稳定的工业连接头在工厂场所和ERP应用间提供必需的连接保持数据顺畅并提供竞争优势。

  3、工业连接器的发展

  随着技术发展,以太网在工厂自动化车间监控层及管理层将成为主要应用技术,特别是采用TCP/IP协议可与互联网连接,是未来eManufactory的技术基础。在所有企业运作领域,包括恶劣环境实现无缝网络方案已触手可及,用户在评测苛刻环境布线时将会有一个理想方案综合布线工业连接器!

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