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简化连接,何不考虑传感器网络

作者:Helge Hornis2013.06.28阅读 2297

        使用传感器网络能够节省时间、成本并能够避免以太网和其他网络在I/O、传感器和安全设备层级上的不兼容性。
        在二十世纪九十年代晚期,几乎所有PLC生产厂商都决定开发适用于工业应用的网络技术。Modbus、Profibus、CC-Link、DeviceNet和很多其他技术应运而生,每一项技术都能够满足控制专家在当时的基本需求:可靠性、简单和确定性的实时行为以及与同类产品相当的价格。这引发了一时的混乱,因为所有这些方法之间都不能交互作业。
        如果用户喜欢使用某一品牌的PLC产品,那么他们就会倾向于购买由这家生产厂商开发的网络技术。如果情况不是太糟,完整的故事几年之后就会再现,所有PLC生产厂商决定是时候开发新型网络了。这次线路载体是以太网。我并不会说某一种解决方案优于另外一种解决方案,反而要问读者,选择太多真的是一件好事么?从设备生产厂商(RFID系统驱动器HMI等等)的角度来说,这不是一件好事。
        浪费的资源
        设备生产厂商并没有为RFID系统而聚焦于少量的通讯接口www.cechina.cn,而是不得不开发一些额外的解决方案,例如DeviceNet、Modbus TCP、Profinet、EtherNet/IP、Profibus、CC-Link,还有其他很多不再赘述。对于编码器、摄像头系统和很多其他用来支撑复杂设备的元器件都面临着同样的情况。这些协议在物理层共享以太网,需要各种不同的硬件支持(就是所谓的不兼容),进一步使情况恶化。
        最初,这种情况还没有那么糟糕,直到最近,我们才能够生产可以在同样的硬件设备上同时支持四种相互不兼容的通讯协议(Modbus TCP、TCP/IP、Profinet和EtherNet/IP)的RFID控制器。用户可以只购买一个设备,无需进行调整或者修改www.cechina.cn,就可以将其与这4种基于以太网的技术相连接,并且从PLC端对其进行控制。这种情况下,更少的选择意味着更少的库存、更好的可用性、选购误差减少,进入安装阶段之后你对其的熟悉程度也较高。


这个4输入和4输出I/O模块固化在AS-Interface网络电缆之上。它使用一个中央紧固螺钉作为数据和电源连接。AS-Interface设备的设计需要使用在外壳安装的条件下(IP20)或者在现场安装工作站内(IP65或者更高)。这一模块提供的外壳防护等级达到IP68和IP69k。图片来源:Pepperl+Fuchs。

        在不远的将来,由于肯定会发生协议变更(优化升级),这种情况就不可能了。同样的Profinet单元将会需要特定的设备,就如同系统需要使用EtherCAT一样。那时,EtherNet/IP和Modbus/TCP能够在一个硬件上共存。对于这点,或许有人会问到,所有这些网络全部基于以太网协议,这种方法有什么好处么?在工程资源是免费且不存在极限的情况下,这并不算是一个问题。但是实际上,重复的工程会在所有层面上增加成本控制工程网版权所有,这有必要吗?
        低端兼容性
        从传感器和设备安全层级来说,一种解决方案能够被大多数的PLC生产厂商接受并支持。但是这种解决方案并不适用于那些需要交互大量数据的设备(RFID系统、驱动器、HMI等等),它的理想应用对象是将二进制设备和安全组件(例如急停开关、门禁安全开关和光幕)与PLC相连接,为PLC提供一种控制简单的二进制输出(包括阀、报警器和显示器)的方法。
        与以太网解决方案相比,此系统是11家工业自动化企业成果的结合体,在基本的技术公开和发布之后,还有其他企业加入其中www.cechina.cn,包括一些因为其PLC、传感器和安全器件而被我们所熟知的企业。AS-Interface出现于1994年,根据此项技术的管理组织AS-International提供的信息,它现在已经是世界上最为成功的低端网络技术。已经安装的现场设备中有大约两千万台采用了这种技术,在自动化领域中它最接近于通用网络技术。大约300家供应商能够提供如下产品:
        二进制I/O模块——这一模块能够将传统传感器的开关状态传递给PLC。AS-Interface是一种实时的和确定性的技术,最差情况下的传感器更新时间能够达到10ms。(最差情况意味着248个输入状态同时通讯,更少的I/O连接意味着能够达到更快的更新速度。)


AS-Interface产品的供应商很多。由于其使用简单和无可匹敌的协同工作能力,在同一个网络中使用来自于不同生产厂商的硬件很常见。来自于三家生产厂商的小型现场安装I/O模块、阀体组装和外壳安装的I/O模块可以在同一个网络下完美的匹配工作。图片来源:Pepperl+Fuchs。

        模拟I/O模块——大多数工业控制系统的数字输入数量是输出的两倍,还配有较少数量的模拟信号。这些类型的模拟型号相比于二进制数据来说速度更慢。AS-Interface允许这些信号和二进制数据一起传输,更新时间能够达到35ms或者更快。
        显示器和按钮——显示器和按钮是另一种类型的I/O信号。速率并不是最为关心的指标,安装的简便程度更为重要。例如,使用两个AS-Interface引脚就可以在几秒中之内完成4点堆栈灯的连接。
        功能安全——长达10年,连接功能安全设备一直就是AS-Interface的“杀手锏”,因为成本很低(比安全PLC要便宜很多)使用简便(它利用了AS-Interface安装的优势)。大多数情况下,在安装硬接线安全系统时所需的90%左右的连线都可以节省。瞬间,设计安全系统变成了一个简单的两步过程。首先,硬件连接到AS-Interface上,然后通过拖拽的方式连接所需要的逻辑即可。
        设备制造商的好处
        设备制造商看重的是其他的好处。由于AS-Interface能够与大量的PLC底板和同样大量的工业网络连接,所以针对由生产厂家“A”的PLC控制的设备所设计的I/O和安全系统可以轻松地(无需更改)被生产厂家“B”的PLC所重新利用。有了这种能力CONTROL ENGINEERING China版权所有,就不用在各种同类竞争产品中毫无头绪地选型,上层以太网解决方案的不兼容问题也可以轻松应对。在PLC和AS-Interface之间只有一个网管需要更换。


这是采用AS-Interface技术的最新的安全控制器,可以连接多达35个独立的安全设备。这款控制器具有两个内置的电子安全输出,很轻松就可以控制8个独立的安全区域。图片来源:Pepperl+Fuchs。

        最终用户享受到了网络向上兼容和向下兼容的好处,这也是管理AS-International组织成员企业的主要原则之一。例如,如果一台服役期限高达19年的网络上的模块失效了,那么如果使用新的设计,更换这一模块的平均时间少于1分钟,而且不一定要使用原生产厂商的产品。老式系统可能无法使用新型模块的最新功能,但是它至少可以和老式模块一样工作。同样,如果一套服役期限长达10年的系统的反馈DeviceNet使用老式的PLC控制,而现在必须要作为新型PLC的EtherNet/IP的一部分运作的话,那么只要更换网关即可。
        还能更简便吗?技术的本意不就是让自动化更加简单、更好和成本更低么?工业以太网的测试并没有不通过,但是不幸的是它无法完全发挥潜力也无法满足用户的预期。至少在I/O连接和安全层面,用户有一种被更广泛接受、具有高度协同操作能力并且能够与市场上大多数PLC兼容的选择。
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