發布日期：2022-07-14 點擊率：50
工廠管理人員面臨著由產品和網絡老舊導致的工業控制基礎設施壽命終止的問題。面對產品難以為繼，加之運營和法規上的挑戰，管理人員不得不做出兩難選擇：針對每一個問題點做多次補救方案，或者一次性投資更換全部基礎設施。
以太網可以通過如下方法運行于現有的網絡上：
■ 在現場總線基礎設施上使用新型以太網產品替換老舊產品;
■ 將原有的現場總線網段遷移至以太網上;
■ 將整個現場總線網絡遷移至以太網上。
無需增加額外的電纜布線或者改動現有的現場總線作業模式就可以實現上述效果，可以通過重新定義現有現場總線走線、替換RS-485協議，從老舊的串行設備遷移至對等的以太網設備，同時在老式的基礎設施上實現以太網協議(IP)，避免推倒重來式的重建策略。
根據IHS最近的研究報告“2013全球工業以太網和現場總線技術”中的調查顯示，從2011年到2016年，雖然新增網絡節點的總數量將會增加超過30%，但是現場總線和以太網產品的混合產品數量將會基本維持不變，從23%到26%僅僅增加3個百分點。工業以太網市場領域這種不溫不火的增長的主要原因就是工廠管理人員缺乏從現場總線基礎設施向以太網協議遷移的高性價比且無風險的遷移策略，所以他們僅僅是在新建項目中才采用以太網。在工廠車間中鋪設電纜的成本是每米50美金，在諸如汽車加工工廠中鋪設電纜的成本更是成數量級增長，所以能否在現有網絡基礎設施上實現以太網成為了加速以太網在工業網絡中普及的關鍵因素。
工業以太網實現主要有三個階段，每一個階段都對網絡管理提出了不同的挑戰。
首先，在處理老舊問題時(圖1)，必須考慮原有的作業環境下的串行系統，它們已經和現場總線基礎設施匹配作業了幾十年。這些系統中有一些已經斷貨，唯一的補救方法就是從非正規渠道購買替換部件或者采用與現有網絡無法兼容的全新一代IP產品。解決方案需要在老舊基礎設施上引入新型IP產品(見圖2)并且保留所有原來的串行系統和現場總線功能。
圖1 所示為老式現場總線網絡。所有圖像來源：PCN Technology 公司
圖2 所示為老式的現場總線網絡面臨的過時問題
下一步就是將所有串行設備更換成IP設備。這一過程確保由響應式的補救策略變換為前攝式的遷移策略(圖3)，保證網絡能夠隨著時間的推移同步升級，這也是前期投入的目的和功能上的要求。這樣一來就能夠在同樣的物理基礎設施上同時管理并支持串行通訊和IP通訊。
圖3 所示為向以太網絡的遷移圖
工廠管理人員的最終任務是向現代標準網絡基礎設施遷移并開始使用IP產品。網絡遷移的每一步都使基礎設施更加接近于理想形態，最終使現場總線網絡支持實現IP功能(圖4)，并提供所有最新一代IP產品所具有的優點。采用這種方法可以避免常見升級到100%的IP環境所必須的對銅導線基礎設施推倒重來式的改建。
如果工廠現有網絡過于陳舊，也可直接在現有網絡上使用以太網，然后重構網絡布線基礎設施以支持IP，跳過第2步的遷移融合階段直接進入第3步，如圖5所示。
圖4 老式網絡正在向IP 重構
圖5 所示為基礎設施升級中的三個階段，管理老式架構、開始遷移、將現場總線網絡重構成IP 網絡以及每一步所需要進行的工作
在其他網絡上實現以太網
現在的技術可以在同一套基礎設施上同時傳輸IP數據和串行數據，例如雙絞線對，即使在存在大量導體和輻射噪聲的環境中也可以實現。圖2所示為如何在典型的老式工業網絡中安裝這些產品，以克服產品老舊和網絡遷移問題。在處理器端，老式的主控制器通過RS485與單通道服務器相連。
除此之外，以太網管理器或者面板還可以與RJ-45端口相連，確保串行數據(Modbus、Profibus、DeviceNet、ControlNet和Data Highway等等)和以太網數據能夠在建立于輸出端口上的私有總線上同步傳輸。由于有服務器存在，四個客戶端可以與每一個單通道服務器相連。每一個客戶端從私有總線接受數據作為輸入，然后將串行通訊路由至其RS485端口并以太網通訊至RJ-45端口。它們并不產生實際的通訊，他們僅僅對數據傳輸做管理。老式的PLC可以與RS485端口相連，IP-PLC可以通過RN-45端口連接到網絡上。通過采用這種方式，獨立的老式PLC產品就可以更換了，或者與遠程I/O端口相連的整個網絡段就可以變更為以太網了。
如何實現
項目可以更換獨立的老式控制器，也可以階段性地更換整個網絡段。有些產品能夠在諸如RS-485的網絡上實現以太網，使用這些產品更加便利，可以直接更改現有的網絡基礎設施。更換獨立的PLC只要求集成一個服務器產品即可，網絡段的主控制器就安裝在服務器上，使PLC產品與客戶端相連。
通過這些步驟就可以實現產品更替。對于整個網絡段的遷移，在控制端集成服務器之后還需要在每一個老式PLC的位置集成一個客戶端，然后再更換相應的支持IP的產品。從項目角度來看，實施之前需要到現場對整個網絡設計進行確認，以及具備基本的電氣和PLC/SCADA編程技巧以實現產品配置和測試。建議企業進行現場審查以獲得對老式基礎設施情況的基本了解，包括對現有主控制器和PLC、布線類型、終端環境、帶寬或者數據速率要求、走線長度和布線拓撲結構的建模。
投資回報
這種技術能夠實現老式網絡向IP網絡的快速遷移，已經具有上千次的應用案例，具有超過一百萬小時的平均故障間隔時間(MTBF)。在RS485產品實現以太網的提議是項重大突破，能夠減少工程時間、成本和復雜度，而對作業的持續性和運營的影響卻微乎其微。作為石油零售市場的一個案例，以前的加油站IP升級需要包括重新建設和審批流程，項目成本高達數十萬美金或者更多，需要停運幾周時間。
如果在現有的RS485網絡上實現以太網，無需引入建設工程，只需要花費不到2個小時且不足10000美金即可完成。對于工業網絡，它無需高達數萬美金的布線成本。在汽車制造環境中，節省的成本更是多了一個數量級。除了成本、風險和停運時間的優勢，還有很多無法明述的優點。工廠管理人員可以根據自身特點，將部分工業網絡與IT基礎設施集成在一起。同時，他們還開始通過網關將兩種網絡的數據整合在一起，最終，由于是在現有工業網絡上實現了以太網，所以員工的重新培訓也可以顯著減少。
工業集成
采用這種方式解決產品老舊問題能夠以更低的成本和技術風險實現向IP網絡的遷移。通過在RS485產品上實現以太網絡，這一富有價值的方法已經在多種市場領域證明了其優勢，相信未來會在工業環境中迅速普及。為了確保自動化產品和控制產品的簡便訪問和集成，渠道合作伙伴可以提供工業范疇的專業技能和分銷商關系。工廠和設備管理人員在現有的網絡基礎設施上將網絡向IP快速遷移，相信在棕色地帶應用中的現場總線產品上也會有越來越多的以太網出現。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 工業以太網的的速度和
