流程工藝設(shè)備垂直聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計方案

工業(yè)以太網(wǎng)是一個基于以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行實現(xiàn)所有控制、調(diào)節(jié)儀器設(shè)備自動化技術(shù)的高層次概念。因為一般情況下企業(yè)已擁有把辦公計算機連接成為一個網(wǎng)絡(luò)的LAN以太網(wǎng)了，而這種網(wǎng)絡(luò)有可能與工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，并且仍然使用LAN網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的各種控制和監(jiān)控設(shè)備。但在這樣構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)時，所使用的元器件必須符合生產(chǎn)現(xiàn)場的使用要求。因為儀器設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場的使用要求與辦公室有著很大的區(qū)別。其中就包括適應(yīng)惡劣環(huán)境的要求，在易燃易爆危險場合Ex-Zone1級的環(huán)境中具有自我保護的要求，在一根電纜中能夠同時傳遞輔助能源和信號的要求以及很高的可用性要求。因此，在工業(yè)以太網(wǎng)的框架內(nèi)研發(fā)了適合于工業(yè)企業(yè)工作環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)交換機、集線器和分配器。其中也包括在符合DIN標(biāo)準(zhǔn)安裝卡槽中的固定技術(shù)，包括了更大的工作溫度范圍、更高的安全保護等級、抗震性和很高的可用性。



安裝在塑料外殼中的ExiWLAN無線接入點覆蓋了流程設(shè)備的方方面面



通過遠程桌面可以實現(xiàn)筆記本電腦與以太網(wǎng)服務(wù)器人機界面之間的訪問

工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用

有關(guān)安全性能的問題，這里重點強調(diào)的是自我保護的安全性，以及經(jīng)濟性等方面的問題使得流程工業(yè)的用戶們在工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用中落后于其他工業(yè)領(lǐng)域。盡管如此，也成功研發(fā)了一些在易燃易爆危險場合Ex-Zone中應(yīng)用的、免維修的工業(yè)以太網(wǎng)方案。一位來自瑞士巴塞爾地區(qū)的化工企業(yè)負(fù)責(zé)人對使用這樣的解決方案毫不擔(dān)心。他們在關(guān)鍵產(chǎn)品生產(chǎn)和研發(fā)的重要基地中采用了以太網(wǎng)技術(shù)。為了把大量的企業(yè)經(jīng)營和生產(chǎn)流程都納入同一網(wǎng)絡(luò)中，需要把生產(chǎn)過程中水平的和垂直的信息和自動化技術(shù)集成在一起。目標(biāo)是在統(tǒng)一的物理系統(tǒng)中實現(xiàn)暢通無阻的數(shù)據(jù)、信息通信。要實現(xiàn)這樣的目標(biāo)使用工業(yè)以太網(wǎng)是最合適的，因為它作為一個物理系統(tǒng)能夠簡單的把自動化控制過程和企業(yè)經(jīng)營管理過程結(jié)合在一起。此外，工業(yè)以太網(wǎng)也能夠使用可靠的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)協(xié)議。

這家工廠的生產(chǎn)設(shè)備分布在幾個不同的樓層中。現(xiàn)場使用Gecma公司的探險者Panel計算機對那里的流程生產(chǎn)過程進行監(jiān)控。未來還要使用無線數(shù)據(jù)傳送裝置和移動終端。在整個被劃分為有易燃易爆危險的Ex-Zone生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，還要求能夠?qū)崿F(xiàn)基于以太網(wǎng)技術(shù)的流程工藝可視化?？傊?，必須保證流程工藝生產(chǎn)系統(tǒng)安全可靠。

安全第一

MTL公司提供的解決方案滿足了所有有關(guān)靈活性和安全性的要求。使用的設(shè)備中包括內(nèi)置WLAN天線、能夠在Ex-Zone易燃易爆危險場合中使用的筆記本電腦。這種堅固耐用的便攜式電腦通過遠程桌面和合適的人機界面登錄服務(wù)器。該筆記本可用觸摸屏、鼠標(biāo)或者觸摸板進行操作。封裝在塑料外殼中、能夠在易燃易爆Exi等級的場合中工作的WLAN無線訪問接入點分布在流程生產(chǎn)設(shè)備中，把所有的工作狀態(tài)都顯示的一清二楚。除了能夠作為遠程服務(wù)器與筆記本電腦之間聯(lián)系的客戶機外，這些接入點還能夠很好地防止黑客入侵。



MTL的這種PoEx以太網(wǎng)防爆供電方案的另一個優(yōu)點是只需一根網(wǎng)絡(luò)電纜將網(wǎng)絡(luò)訪問接入點連接即可，因為它同時也能夠提供輔助電力。分布在流程設(shè)備各處的Ex i以太網(wǎng)交換機把WLAN無線訪問接入點連接成一個網(wǎng)絡(luò)，并得到了Ex i以太網(wǎng)安全柵的保護。這些以太網(wǎng)安全柵也具有為分布在流程設(shè)備各處的儀器設(shè)備提供輔助電力的能力。

Exi安全柵把流程設(shè)備處在易燃易爆危險區(qū)域內(nèi)、外的以太網(wǎng)部分連接起來。它有自我保護的限電功能以及服務(wù)器發(fā)送到易燃易爆危險區(qū)域中以太網(wǎng)信號的電流隔離功能。

利用 Tofino Security Appliance構(gòu)成了一個防火墻，也附帶使用了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議過濾器，保障只有經(jīng)過授權(quán)的登錄、訪問是有效的。按照這種網(wǎng)絡(luò)管理方法，只有那些在易燃易爆危險場合中使用的防爆型筆記本電腦才能夠通過遠程桌面協(xié)議（RDP）和應(yīng)用服務(wù)器（HMI人機界面）進行通信。

 自2008年以來，系統(tǒng)安裝后就一直暢通無阻的工作。盡管一年前還無法想象在流程工業(yè)企業(yè)的易燃易爆危險區(qū)域中利用以太網(wǎng)、利用無線信號傳送技術(shù)進行通信，但今天已經(jīng)被以太網(wǎng)的安全保護系統(tǒng)的可靠性所征服。這完全歸功于所使用的具有自我保護功能的PoEx以太網(wǎng)防爆供電方案，它不僅能夠在Ex-Zone1的易燃易爆無線場合中實現(xiàn)無線通信，而且還可以在連續(xù)不停機的流程工藝生產(chǎn)中完成維護保養(yǎng)工作。對于用戶來講具有決定性意義的是：整個無線數(shù)據(jù)、信息傳輸系統(tǒng)可構(gòu)建成為一個具有自我供電保護功能的PoEx自動化系統(tǒng)，從而在今天的流程工藝領(lǐng)域中實現(xiàn)暢通無阻的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。    

對話企業(yè)：方便用戶使用

長期以來，流程工業(yè)一直無法在具有易燃易爆的場合中利用以太網(wǎng)技術(shù)。在引進了新的安全保護技術(shù)后這一狀況有了根本性的改變。對此，筆者采訪了MTL公司工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品銷售部負(fù)責(zé)人Ulrich Künzli先生，他對這一技術(shù)引進的意義給予了說明。

PROCESS：具有自我保護功能的以太網(wǎng)在流程自動化中有哪些優(yōu)點？

Künzli：具有自我保護的防爆以太網(wǎng)技術(shù)，簡稱為PoEx技術(shù)，只為用戶提供了在流程設(shè)備中使用無線傳輸設(shè)備（硬件）應(yīng)用的可能性。今天，在辦公應(yīng)用領(lǐng)域和作為主干網(wǎng)，企業(yè)的管理層使用的主要還是以太網(wǎng)。如果能把以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)落實到生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場，則可為用戶帶來很大的方便。這使得他們有了統(tǒng)一的硬件設(shè)備，也使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護保養(yǎng)更加簡單，同時減少了網(wǎng)絡(luò)硬件的配件庫存。

PROCESS：以太網(wǎng)技術(shù)中可用的硬件有哪些？

Künzli：傳統(tǒng)的以太網(wǎng)設(shè)備，例如常規(guī)信號（4~20mA電流的模擬儀器設(shè)備或者二進制數(shù)字儀器設(shè)備）設(shè)備已經(jīng)可以利用Remote I/O遠程輸入輸出協(xié)議進行工作，已經(jīng)能夠通過以太網(wǎng)對流程設(shè)備進行控制。此外，移動式操作和監(jiān)控設(shè)備的WLAN無線通信也能夠在這種具有安全保護功能的以太網(wǎng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。這意味著可以馬上開始在流程自動化中使用以太網(wǎng)技術(shù)了。用戶無需等待具有現(xiàn)場儀器設(shè)備接口的以太網(wǎng)技術(shù)硬件，而且現(xiàn)場總線儀器設(shè)備硬件的生產(chǎn)企業(yè)也無需對其產(chǎn)品做任何改動。

PROCESS：您認(rèn)為這種具有自我保護功能的以太網(wǎng)技術(shù)的前途如何？

Künzli：今天，許多專家和供應(yīng)商們都把工業(yè)以太網(wǎng)視為第二代現(xiàn)場總線儀器設(shè)備。工業(yè)以太網(wǎng)在辦公領(lǐng)域和機械生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用的預(yù)言已經(jīng)輕松的實現(xiàn)了。據(jù)ARC公司 2005年的一項調(diào)查研究，今后五年內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)的增長可超過50%。這種誘人的預(yù)測可通過大量現(xiàn)行的以太網(wǎng)技術(shù)協(xié)議，例如以太網(wǎng) Ethernet/IP，Profinet，Modbus TCP或者FF HSF給予支持。適合于這些技術(shù)協(xié)議的、能夠?qū)崿F(xiàn)流程自動化的產(chǎn)品幾乎可以在2009年度的Achema展會的各個展臺上看到。