自从20世纪80年代诞生以来,以太网已经经历了漫长的发展过程。个人计算机行业已经了解如何能够低成本的使用基本技术,而在一个单一网络架构下工作的自动化供应商则已经了解如何提升网络性能,使其成为车间中稳定的联网方案。为了保证供应商和用户的方向一致,我们需要标准。ODVA就是一个标准化组织,负责开放式技术的开发,并帮助制造商从事标准开发、认证、供应商教育并在行业中进行推广。
《工厂工程》对Brian Oulton进行了采访。他是ODVA组织中罗克韦尔自动化公司的代表,也是ODVA以太网及EtherNet/IP在车间联网应用研究的首席专家。
PE:近些年推动以太网(以各种形式)在车间工业联网中迅速普及的原因是什么?
Oulton:以太网已经作为工业自动化领域的编程和人机界面网络普及了很多年,因为它可以处理海量的数据,比如下载可编程控制器的程序。随着技术进步,网络的传输速度从每秒10兆发展到100兆,供应商在以太网中加入了更多的自动化产品,将以太网的应用扩展到几乎全部可以使用传统现场总线的领域。消费者正在快速的采用以太网,因为它已被证明运行良好,可以应付多种应用,同时也因为可以使用在商业企业当中的缘故,更为知名。
PE:在工业环境使用的各种以太网中,EtherNet/IP似乎现在排名第二,仅次于基本的TCP/IP。为什么EtherNet/IP会超越其他版本的以太网呢?
Oulton:EtherNet/IP是世界领先的工业以太网,这有很多种原因。首先,它适用的范围最宽,包括离散、安全。运动、流程和驱动应用。一些以太网由于涉及或者当前产品线的原因只是局限在某些特定的应用。
第二,与一些基于以太网的网络不同,EtherNet/IP使用与电子邮件、互联网和其他很多常见应用以同一种方式使用相同的标准,无需进行任何修改。这使得供应商可以快速的采用EtherNet/IP,并将业已存在的很多特征和工具直接用于工业联网当中。其他版本的迁移就没有这么迅速了,因为需要对标准进行修改,无法重用很多特征和工具,而是需要重新进行开发。
第三,EtherNet/IP标准是由ODVA进行管理,这是一家开放性的组织,为供应商提供平等的会员资格,为标准网络做出贡献,同时帮助其他的成员。因此,EtherNet/IP可以提供来自很多供应商的具有互操作功能的以太网产品,进而巩固了EtherNet/IP的市场地位。今天,有超过250家供应商已经认识到了EtherNet/IP的优势,其中包括罗克韦尔自动化、施耐德电气、欧姆龙、艾默生、三菱以及其他很多领先自动化供应商。它们为OEM厂商和最终用户提供超过850种自动化产品,基于EtherNet/IP安装了数百万台设备。
PE:以太网实际的定义指的是数据传输线缆系统,在ISO协议栈中仅仅覆盖最底部的两层。请您简要解释一下协议栈,以及其他的层级如何让以太网在工业联网应用中发挥更大的作用。
Oulton:当你听到IEEE 802.3标准,它指的是ISO/OSI参考模型中的物理层。常见的以太网中间层标准指的是TCP/IP或者TCP/UDP/IP。Novell网络操作系统和其他几个网络协议都没有TCP/UDP/IP这么普及。顶层包含电子邮件、互联网和其他应用的实际使用协议,也包括支持本栈使用的EtherNet/IP的通用工业协议,还包括其他栈使用的ControlNet、DeviceNet和CompoNet。使用以太网的底层(物理层),可以让工业以太网使用相同的硬件以及在企业中常见的芯片组,但是使用TCP/UDP/IP可以使用很多标准工具和特征,比如优先与其他通讯的功能。
PE: EtherNet/IP现在开发相关的仪表以及其他设备级自动化系统元件。能否列举一些利用EtherNet/IP联网性能的设备类型?
Oulton:现在在全球范围内有一系列的EtherNet/IP产品在销售并在各种制造基地运行。产品线非常丰富,可以满足各种控制系统的需求。产品不仅只有人机界面、控制器、机器人、I/O、阀门、驱动和计算机,今天的EtherNet/IP还可以支持扭矩工具、焊接、条形码、视觉系统、称重仪表和很多其他的应用。
最新的一个应用是精确运动控制系统。罗克韦尔自动化的Allen-Bradley Kinetix 6500型伺服驱动使用CIP运动技术,该技术源于ODVA的通用工业协议(CIP)。CIP运动技术可以满足确定性、实时性、闭环运动控制等方面的要求,完全遵循包括IEEE 802.3和TCP/IP在内的以太网标准。在新的Kinetix 6500伺服驱动当中,可以设置位置、速度和扭矩环,为运动控制提供开放式、高带宽的解决方案。通过加入ODVA的CIP同步技术,也就是遵循IEEE-1588的精确时钟同步技术,多个运动轴可以实现精确的同步运动控制。
在仪表领域,Endress+Hauser最近发布了带有EtherNet/IP联网功能的Promass 83型科里奥利质量流量计。这款新近加入EtherNet/IP产品族的仪表可以比传统的流程仪表网络提供多得多的信息,在流程应用中融合多款高端分析仪和其他设备的功能。
PE:一些版本的以太网绕开了TCP/IP协议栈。为什么这些"标准"会选择绕开?为什么EtherNet/IP包括了TCP/IP?
Oulton:一些网络使用标准以太网,但是不遵循TCP/UDP/IP,是因为它们是在TCP/IP的潜力还没有被充分理解之前就已经开发出来。尽管这些网络可以使用标准以太网线缆,你还需要使用特殊的、专利型开关,也许你也不能使用IT人员在商业系统用到的标准网络管理或者故障诊断工具。你可能还需要专门的培训和服务,才能保证这些网络工作。并且,将完全标准的设备插入到这些网络当中,可能会引起整个网络的问题。
幸运的是,ODVA具有创新精神和预判能力,认识到标准以太网技术发展如此迅速,一定会能够支持工业应用,无需任何修改。因此,EtherNet/IP比这些修改硬件或者绕开TCP/IP栈的网络能够更好的利用新的技术进步。
PE:工业以太网和EtherNet/IP在不久的将来,尤其是今年或者明后年,会发生哪些变化?
Oulton:标准无线以太网(IEEE 802.11N)的使用将在工业联网中越来越重要。这一最新的标准加入了很多需要提供工业应用稳定性的内容。同时,围绕这物理介质、线缆以及以太网信号的不同传输方式,也将会有更多的创新和改进。这些新的介质应该能够在危险和爆炸环境中工作,可以同时传递信号并进行供电。这些技术将会进一步改良,部署将更加容易,从节点A到节点B的信号传输也将更加灵活。
我们也希望看到更多的改进,可以帮助用户更好的体验EtherNet/IP。与需要进行大量工作和工具才能进行诊断的现场总线不同,使用EtherNet/IP,已经有很多现成的工具、技术和特征。未来的技术进步将会对这些功能进行扩展,提升工业环境中的网络性能。
其他的领域还包括推动商业部门(比如手机、PDA和数码照相机)的技术进步和创新。这些产品都使用标准的以太网和标准IP,所以也可以轻易的应用到工业领域。
PE:对于工厂工程师或者控制工程师来说,在工业制造环境中实施以太网(或者其他的任意类型通讯)的时候,最大的单一影响因素是什么?
Oulton:EtherNet/IP的应用可以支持并加速网络集成,提供之前无法想象的商业智能和创新。在一开始,可以浏览www.ab.com/networks/architectures.html这个网站上的资源,包括有教育、设计指南、推荐以及以太网在工业制造环境中的最佳实践。这些资源可以解决工程和IT专家面临的很多问题。







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