工业以太网网络

工业以太网网络

      与大多数的技术一样，工厂自动化包含复杂的机器、环境和使其运行的通信网络。

 

      简单而言，自动化是一个控制器，通过某种介质（双绞线、同轴电缆、光纤、无线节点）向机器发送电气信号、光信号或无线信号，机器通过执行某些机械操作对信号进行响应。由于具备高水准的计算机、加工设备、机器人，以及通信网络与协议，自动化的程度已经非常先进，可以完成从生产消费性产品、控制公用设施到保护军事防卫系统的任何工作。

 

      车间和加工工程有太多高质量的系统可供选择。工程师指定设备和相应的控制系统，在大多数情况下，这些设备与控制系统与其它协议或网络不能互用。例如，在任何一个制造厂中，可能有几个自动化控制系统和网络分布在各个工作单元中。此外，还存在多数以TCP/IP（传输控制协议/互联网协议） 以太网协议为基础的局域网（LAN），从而便于办公室通信。到目前为止，将所有这些开放式甚至专有网络连接起来需要非常多的努力，尽管这不是最有效的使用资源的方式，企业仍然努力获得了成功和效益。

 

      简而言之，今天的以太网协议可用于提供办公室通信以及高水准的自动化操作，例如控制、数据采集和监控。来自各个制造商的基于工业以太网的自动化设备最终将会互用。利用工业以太网，加工工程师可以将节点混合并匹配到工作单元，就如将来自一个供应商的计算机与来自第二个供应商的激光打印机和来自第三个供应商的LAN交换机匹配起来一样简单。

 

      用安装在一线办公室的同一个LAN控制车间及访问制造数据的能力向企业提供了宝贵的财富和机遇。 所需要的只是一个共用基础设施。这提供了一个全面共用布线的前景，有机会使公司将信息技术与加工/制造结合起来。工业以太网节点具有通过互联网进行远程访问的能力。数据采集、质量控制和制造物流均可实时下载到ERP（企业资源计划）中。此外，客户与其供应商之间的通信将更有效率。展望未来，工业以太网是一个完全顺畅运行的企业的一个组成部分，其中语音、数据、制造、安全和建筑自动化系统全部通过一个集中的基础设施进行。

 

      但是，要使大部分期望得以实现，必须增强以太网产品的性能（或经过工厂证明）。在办公室中，RJ45、Cat 5e/6连接器、交换机和UTP电缆被广泛认为是最好的选择之一。在工业环境中进行布线和连接时，标准RJ45插座和插头不能适应车间的恶劣环境：高温、强烈的振动条件、感应磁噪声、水洗过程、油污、污染物和很多其它条件。但是对于铜介质，RJ45接口仍然是以太网物理层设计的标准。

 

      工业以太网解决方案就是解决了以上问题。此产品范围包括工业以太网RJ45隔舱式连接器、转接线和不锈钢面板。隔舱式连接器符合针对以太网/TP的ODVA（Open Devicenet Vendor Association，开放设备网络供应商协会） 规范等标准，如ODVA的CIP—— 针对工业以太网的通用工业协议，隔舱式连接器具有IP67级别。

 

      工业级电缆也是非常重要的一部分。由于油和温度分级，标准单股或多股UTP电缆的外套的外径比现场端接的或长度有限的转接线更大。

 

      ODVA指定的连接器广泛应用于世界各地，因为它正被引入 TIA（电信行业协会）和其它针对类似工业以太网认可文档的欧洲标准委员会。

 

      展望未来，预计完全的端对端解决方案将是安装的核心。这些解决方案的核心是IP级机柜（IP评级系统在本文的末尾定义，并与 NEMA 评级进行比较）。

 

      因为工业以太网尚处于初级阶段，公共架构（或拓扑结构）仍然处于在定义过程之中。在很多情况下，以太网交换机，无论是专为车间而强化的交换机还是用于办公室环境的交换机，都位于地面上的控制柜中。控制柜为交换机提供IP和NEMA级别的保护。尽管此类架构是可行的，但可能不是最有效的，视设备、设计等而定。将自动化交换机集中到一个区域要求交换机与其控制的实际设备之间必须要有足够长的布线。将交换机带入工作区是将来拓扑结构的方向。为此，必须防止交换机受到工作区面临的极为恶劣的环境影响。IP-66和IP-54级的机柜，外形相对紧凑，特别适合不同位置的安装，是这个问题的解决方案。机柜提供所选交换机的DIN轨道安装、电源、可选风扇/温度调节装置以及预配置的工业以太网隔舱式RJ45连接器密封管——如果需要，可用作工业用配线架。这些机柜具有断电上锁/标记（lock-out / tag-out）安全机制以确保交换机没有被固定。

 

      整个网络的可靠性取决于支持网络的布线基础架构的完整性和牢固性。必须考虑到网络的环境、设计和将来的需要。围绕成熟的技术合作伙伴构建网络基础架构将对无缝的开发与性能提供支持。

 

      有关标志（LOGO）包括：Rockwell Automation Encompass、Cisco Systems、Panduit 和 Belden。

 

第2页 布线基础架构

 

      布线基础架构包括铜缆和光缆、连接器和线缆管理系统，通过这些设备传输数据信号。如果此系统不能按要求进行操作，信息流将受到干扰，严重的会导致信息流的停止。注意确定、设计和安装布线系统的细节将防止关键的连接组件出现故障导致工业网络停止运行。

 

在恶劣的环境中建议采用以下元件：

 

    Panduit 产品线             产品系列                   关键性能

    IP67铜缆连接                                             符合TIA/EIA-568-B.2-1标准

                                                                    符合  ISO 11801 第二版标准

                                                                    符合针对密封以太网/IP RJ45
                                                                    连接器的TIA和ODVA联合草案。   

   UTP和STP                   Cat 5e                     符合 Cisco 标准*

                                                                    符合 Rockwell Automation 标准*

   

   IP级机柜                    IP67隔舱式插座

                                   内部转接线                   IP66或 IP54

                                   风扇过滤器套件             向上连接到光纤或铜缆

                                   断电上锁/挂签安全保护   标准NEMA孔拆卸

                                                                     DIN轨道安装

   

IndustrialNet RJ45       Cat 5e 插头               工业用电缆

IP67转接线                                                    两端有Industrial TX5e插头

   

不锈钢面板                     一个孔一套                 支持Industrial TX5e连接器

                                    垂直面板                    后衬垫提供紧密密封。

                                                                    与IndustrialNet连接件一起
                                                                    使用时实现 IP67密封。   

标识产品                        标识软件系统              符合TIA/EIA 606-A标准

                                    手提式标记打印机        用于指定关键数据点的端到端标识系统。

                                    用于恶劣环境的标签

 

网络接地产品

                                    铜缆压缩                    符合TIA/EIA 607标准

                                    机械连接器           保护网络的端到端接地解决方案。

 

线缆管理产品

                                   层叠式线缆架调整器

                                   垂直附件

                                   螺纹杆盖子

                                   垂直 D 形环

                                   支架

                                   线束固定器

                                   弯曲半径附件

   

断电上锁/标记安全保护

和物理安全系统             上锁设备                    符合OSHA LOTO要求

                                  标记标签

                                  填塞明显标签

 

光纤走线系统                非金属通道                 隔离和保护光纤与铜缆，并安排走向

                                  安装件          弯曲半径控制器

                                  托架

 

网络基础架构

 

      Cisco正在研发高级工业以太网网络解决方案，以便用于未来采用IP技术的车间，包括工业级交换机、无线 LAN解决方案。

   

      Cisco Catalyst R 2955 交换机            WS-C2955T-12 工业级

                                                              WS-C2955C-12  紧凑的形状

                                                              WS-C2955S-12  对流冷却

                                                                                        中继输出信号

 

      电源供应          PWR-2955-AC            Din 轨道安装式，24V

   

     Cisco Catalyst 2950系列                    固定配置、层叠式和独立交换机

                                                              快速以太网和千兆连接

   

    Cisco Catalyst 3550系列                     智能以太网交换机

                                                                                     层叠式

                                                                                     多层

                                                                                     QoS

   

   Cisco Catalyst 3750系列                      层叠式交换机

                                                                             Cisco StackWise技术

   

    Cisco Aironet R系列                             无线LAN解决方案

                                                              支持IEEE 802.11a和IEEE 802.11b技术

 

   

    Cisco IP和无线IP电话                           电话范围可从家庭办公室打到车间，
                                                              从休息室打到执行地点。

 

电缆基础架构

      工业以太网网络的可靠性取决于电缆基础架构。为了帮助确保卓越的车间性能，Belden公司已经开发出针对恶劣环境的电缆解决方案，包括：油和阳光、温度变化、磨损与变形、EMI/RFI。

 

     DataTuff R                 工业以太网Cat 5e电缆

                                      7923A                              屏蔽和非屏蔽

                                      7929A                              绑在一起的线对  
                                      7921A                              抗压                             

                                      7928A                              耐油 

                                      7918A                              抗紫外线阳光照射

                                      7919A                              厚重的外套

   

以太网/IP网络

      符合开放设备网络供应商协会（ODVA） 以太网/IP 协议。Rockwell Automations EtherNet/IP将商业性现有以太网与DeviceNet和ControlNet 网络中采用的相同开放工业自动化协议结合起来。解决方案包括用于以太网系统的软件、模块、网关和控制器。

    ControlLogix                      灵活的架构

    PowerMonitor                    基于以太网 TCP/IP技术，

    ProcessLogix                     将自动化系统组件集成在一起。