基于以太网的仪器获得稳步发展

发布时间：2009-07-14 作者：Peter Welander

　　将PLC或DCS I/O模块连接到以太网已经十分普遍，而将独立过程或离散传感设备连接到以太网的尝试则相对较少。但这一看法是否正在改变？

　　我们在不时地关注工业自动控制下的一个重要分支，即在PLC障碍下对以太网连通性进行扩展。将PLC或DCS I/O模块连接到以太网已经十分普遍，而将独立过程或离散传感设备连接到以太网的尝试则相对较少。但这一看法是否正在改变？
　　一些厂商从厌倦了多平台的消费者那里看到了这一需求。“来自使用者的最频繁的呼声，就是实现一个能满足所有设备功能的网络。” Rockwell Automation网络营销主管Brian Oulton说道，“在对设备级网络进行评估时，消费者和仪器供应商常质疑和考虑到很多因素，包括成本、使用于危险区域、介质及拓扑的选择以及协议的效用。标准及商业以太网的普及，以及商业以太网在更广的工业应用空间中的大量使用，极大地降低了在仪器中植入EtherNet/IP的成本。如今，EtherNet/IP的成本，已接近了诸如Foundation Fieldbus或Profibus PA此类的传统过程网络。”
　　Profibus Trade Organization 的副主任Carl Henning尤为推荐在网络应用中使用复合工具。用以太网驱动仪器能否施行呢？“随着使用量的增多，成本只会下滑，”他说，“它将变得更便宜，使得在更多设备中植入以太网更切实可行。你可能要面对的问题，要么来自环境，诸如有些场合需要本质安全仪器，要么是事无巨细地依赖以太网。用它来完成传送一个字节这样的工作是毫无意义的。”
　　还存在这样一个问题，即消费者对以太网连接的需求，是否足够激发仪器厂商的生产欲望？虽然以太网供电（PoE）的范围已延伸至家庭、办公室及商业场合的终端设备，但其工业应用仍然不多。主要是有这样一些局限：
　　带宽过度——许多过程离散传感器用不着输出大量数据，因此无需为其提供以太网带宽。“以太网的主要优势是，它网速很快，能迅速传送大量数据，” Moore Industries的技术主管Charles Larson说，“使用典型的过程传感器，例如温度和压力变送器，由于数据变更缓慢，无法展现以太网的优势。而与4-20 mA的HART、Foundation Fieldbus以及Profibus相比，以太网则需更高效昂贵的微处理器作为支持。若没有中继器，电缆长度也限制在100米以内。”
　　变送器的额外开销——以太网带宽采用的电子技术比大多数过程设备更为复杂，这使得变送器更昂贵，超过了消费者的期望价位。或许现在的价位差比以前有所减少，但仍有一定的差距。
　　危险场合限制——由于以太网并非是本质安全的，所以限制了其在某些场合的过程应用。更多传统现场总线平台，例如Foundation Fieldbus和Profibus PA更适于那些场合的应用。
　　合适的DCS及PLC I/O硬件——典型控制系统，无论离散或过程应用，并不具备合适的连接大数量以太网设备的I/O硬件。虽然许多系统可通过合适的I/O卡接入多种不同类型的输入信号，却不具备接收成百甚至上千的现场设备的以太网直接输入的容量。它无疑反映了一种需求上的短缺，而非特殊技术的局限，但这仍然还是一个现实难题。
　　配线拓扑——连接现场设备的以太网配线，与传统模拟配线的星型拓扑类似，比之现场总线，这仍然是一个缺点。但是，如果对反应时间要求不高的话，一些平台允许在每台设备上增加一个二端口的以太网开关，以实现与之相同的线性拓扑。
　　PoE特性——PoE向来不适用于工业设备，且其可用动力级别低于典型现场总线的需求。按照传统观点，因产生大量数据而需用到以太网连接的设备，例如过程分析器，也常常需要外部电源。由PoE供能的设备一般不需要带宽。Beckhoff制造了一种PoE供电、用于离散传感器EtherCAT通信的I/O接口。此接口将常规PoE电压转换为设备所需的24V，但设备最大耗电量为350mA，总可用量为15.4W。

收集多字段设备信息并将数据通过以太网电缆回送的数据收集器。来源：Moore Industries

用于机械应用的设备，可通过以太网传输数据，但它只在six seasons in one有效。
来源： ATI Industrial Automation。

　　PoE的改进
　　PoE改进工作中，也包括即将发布的PoE+标准。IEEE802.3仍处于草案阶段，但也即将完成，它将涵盖25.5W甚至40W的电能等级。至少，ON Semiconductor公司认为此项标准考虑很长远，并开始制造期望中能符合最终版本规定的支持设备。
　　除了供电设备，还有一些用于编译远程仪器及传感器信息串的设备。最常见的配置是I/O接口，如过程传感器，它收集常规设备组的数据，再通过以太网电缆将数据发回。例如，Moore Industries和 Dataforth公司制造的可对远程设备的过程信息进行汇聚和处理，并通过以太网电缆回送数据的远程I/O数据收集器。但它并非使用PoE供电的设备。
　　总之，基于以太网的设备很有用，尤其是那些具有复杂输出的设备。过程应用中的分析器便是一个常见例子。在离散制造业领域，复杂传感器，如用于机械（见前图）压力及转矩测量的设备，以PoE供电，可通过以太网对输出进行传送。此设备可进行6次测量（x，y，z轴上所受压力或转矩），并可通过网络界面进行设置。与典型的过程传感器相比，它大概等效于6个普通压力变送器。
　　在另一些领域，也取得了稳定的进展。例如，与硬线模拟装置相关的传统协议，已扩展到涵盖无线网，并将很快涵盖以太网。“HART Communication Foundation将继续推动此技术的发展，”公司技术程序主管Ed Ladd说，“我们将把网关界面规范扩展到能涵盖基于IP的网络(TCP/UDP)HART。这一步将使得使用PoE、基于HART的设备，能通过结合HART服务器技术立即整合到HART系统 。这项对标准的新增补已经完成，但仍必须通过成员的验证。”
　　现阶段以太网可能还无法成为PLC分支下的有力竞争者，但是决不能小看它。

 　　翻译：肖红练