工业以太网应用解析

        据知名咨询机构IMS数据显示，除了 Ethernet TCP/IP，其他工业以太网协议从 2009年到2014年的年复合增长率将近30%，毫无疑问，工业以太网市场必将成为广大系统集成商与专业厂商争夺的焦点。而从用户的角度，相对于工业以太网的概念与技术之争，他们更关心应用。特别是在市场快速变化，现场需求日趋复杂的情况下，用户希望找到具有更高的灵活性，更优越的性能和更可靠控制的工业以太网解决方案来满足需求。为此，IIANews记者采访了施耐德电气中国有限公司控制与系统架构产品市场部市场经理Charly Lupart，他不但对用户在以太网应用中遇到的难题予以解答，还给出了施耐德电气的工业以太网解决之道。

施耐德电气中国有限公司控制与系统架构产品市场部市场经理Charly Lupart

        问题一：如何保证工业以太网的安全性。随着用户的安全意识不断提高，他们对于安全的关注已经不仅限于设备运行的安全，稳定，以及由此带来的人身安全，而是开始关注工业控制网络的安全，网络数据传输的实时性、确定性和可靠性。
        Charly Lupart解析：工业以太网的安全策略可采用两级防火墙，第一级防火墙在控制层和管理层之间，属于内部防火墙，在网络出现严重安全问题并在可允许时间内无法解决时，最基本的控制过程能被有效隔离，使之处于安全生产模式。第二级防火墙在管理层和外部网络之间，属于外部防火墙，可以屏蔽内部网络的非法外部访问，而且可根据日志记录调整过滤和登录策略，工业以太网的安全性能将大为提高。
        施耐德电气之道：施耐德电气遵循以客户需求为出发点，在过去的几十年中针对以太网产品和以太网架构解决方案，不断推出新的构想和概念，发布了一系列的安全产品和系统，保证用户整个系统的安全和数据的安全。
        80年代初推出的双机热备架构，就是为保证整个控制系统的稳定可靠性而设计。施耐德电气的工业以太网交换机，有更强的抗EMC电磁干扰能力，符合工业设备要求的抗震与防冲击能力，同时有可靠接地端子，适应更高的工作温度。服务质量(QoS) 优化了数据流、冗余的通讯路径保证了数据的可靠传递，数据流量限制可防止广播风暴。Quantum安全PLC，通过TÜV的SIL3认证，可保护设备和人身的安全，同时满足相关法规的要求。今年发布的Quantum以太网IO架构(简称QEIO)，作为PlantStruxure系统的重要组成部分，支持菊花链环和主环子环的以太网结构，环形的结构保证了IO系统数据传输的安全性，同时以太网通讯设备所支持的RSTP协议（快速生成树协议）和冗余环通讯协议保证系统自愈时间在一个扫描时间之内，进而保证数据传输的实时性。

        问题二：工业网络的维护成本越来越高。如今设备的初期购置费在整个生命周期成本中占据的比例越来越小，而后期工业网络的维护成本则占据着越来越高的比重，从而整体的运行成本仍居高不下。
        Charly Lupart解析：工业以太网的标准性，减少了学习和培训的时间，提高了工程实施的效率，节约了设计的成本；以太网的开放和灵活性，便于和第三方设备的互连，减少通讯设备的成本；以太网的可持续性和可扩展性，便于对设备未来的升级改造。
        施耐德电气之道：凭借施耐德电气QEIO，网络架构能够在升级改造的每一个阶段进行平稳优化。随着应用不断发展，QEIO无需大规模更改就能适应其生命周期的需要，它的灵活性使得用户无需改变现场接线方式就能方便地添加传感器、执行机构及其他设备。Quantum 以太网架构系统每个子站有更多的IO处理能力，控制子站可以连接HMI和Unity控制软件，这样可以实现本地监视运行，帮助用户减低整体的运行维护成本。明年公司将推出支持以太网架构的中端PLC作为Quantum控制器的IO，这样会明显降低整体控制系统的成本。

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    问题三：系统升级改造不能平稳过渡。客户在升级改造过程中可能要求系统停机、以前的控制设备不兼容于现有的设备和相关设备的配置文件丢失等风险。 
        施耐德之道：对施耐德电气公司的以太网架构解决方案来说，如果采用Unity自动化控制平台，用户在线修改配置的过程中，系统不用停机。施耐德电气新的Quantum 以太网架构兼容于以前的Quantum的IO模块、通讯模块、底板、电源等，兼容双机热备系统，保证了客户在升级改造项目中的平稳过渡，保护了客户的长期投资。对于相关设备的配置文件，建议在项目的设计阶段，尽量做好备份，以及相关的交接，施耐德电气也尽可能的做好配置文件的独立性和唯一性，避免风险。

        问题四：工业以太网的选择无从下手。市面上工业以太网产品种类繁多，企业各有千秋，难分伯仲，用户在选择时应该考虑哪些因素？
        Charly Lupart解析：首先要考虑工作环境方面的要求，包括环境温度、EMC电磁干扰情况、防护等级、安装方式和电源要求等。其次要考虑网络交换机的选择，是否需要选择工业交换机，选择工业交换机是网络管理型的还是非网络管理型。值得一提的是，只有网络管理型才支持网络的环型结构，而且网络管理型支持更多的高级功能。第三就是相关设备的供应商是否有一套整体的解决方案支持以太网架构，这里面包括控制系统、网络交换机、上位监控系统和管理数据库系统以及IO层的控制设备等。这样对整个系统的设计、采购和最终的运行维护提供更多的便利性。最后，在工业以太网的选择上要考虑实时性、数据交换量的大小和可维护性。数据的实时性在工业控制场合的要求是不一样的；数据交换量的多少决定了整个网络的负荷以及由此带来的设备选择。

        问题五：工业以太网技术如何面向传统的OEM用户？最终用户与OEM机器制造商在购买习惯上有一定的区别，如何让新兴的工业以太网技术更好的走近传统的OEM领域？ 
        Charly Lupart解析：传统的OEM机器制造业用户对控制系统PLC、HMI、变频器、伺服运动控制系统之间的数据实时传输要求很高，而以太网的100M的高速是传统现场总线无法比拟的，同时，以太网数据传输的确定性和可靠性现在也为大家所接受。但为了更好的把这些设备整合到一起，我们希望PLC、HMI、变频器、伺服控制系统等都能够集成以太网通讯端口，这样既减低OEM用户的购买成本，又能实现简单安装和连接，通过双绞线就可以把整个系统连接在一起。现在一些OEM机器制造业用户，他们负责对设备长期的维护和改造，工业以太网的远程连接访问的特性决定了它便于远程诊断和远程维护，客户不用去设备的现场就可以完成对设备的监视诊断以及程序的修改。

        问题六：何时实现一网到底？“一网到底”已经提出多年，并见雏形，但是工业以太网真正得到广泛的普及还应该解决一些问题。
        Charly Lupart解析：工业以太网的普及，要求有足够多的以太网设备供应商能够推出支持以太网的PLC、HMI触摸屏、监控软件、工业交换机、工业双绞线、变频器等产品。同时，工业以太网要解决用户关注的安全问题，无论是设备，人员还是数据方面。最后，合理的网络规划设计也是工业以太网普及中应该解决的问题，这决定了整个网络的架构、数据负荷的正常传输、尤其是整个网络的性能。而Quantum以太网架构整体解决方案的问世，表明“一网到底”的梦想已经向“Ethernet inside”跨越。

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