工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)介紹

工業(yè)以太網(wǎng)是一個(gè)基于以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)所有控制、調(diào)節(jié)儀器設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的高層次概念。因?yàn)橐话闱闆r下企業(yè)已擁有把辦公計(jì)算機(jī)連接成為一個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，所使用的元器件必須符合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。因?yàn)閮x器設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)場(chǎng)合Ex-Zone1級(jí)的環(huán)境中具有自我保護(hù)的要求，在一根電纜中能夠同時(shí)傳遞輔助能源和信號(hào)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(jī)、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(hù)等級(jí)、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(diǎn)覆蓋了流程設(shè)備的方方面面



通過遠(yuǎn)程桌面可以實(shí)現(xiàn)筆記本電腦與以太網(wǎng)服務(wù)器人機(jī)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(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是自我保護(hù)的安全性，以及經(jīng)濟(jì)性等方面的問題使得流程工業(yè)的用戶們?cè)诠I(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(xiǎn)場(chǎng)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(duì)使用這樣的解決方案毫不擔(dān)心。他們?cè)陉P(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(dòng)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(shí)現(xiàn)暢通無阻的數(shù)據(jù)、信息通信。要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)使用工業(yè)以太網(wǎng)是最合適的，因?yàn)樗鳛橐粋€(gè)物理系統(tǒng)能夠簡單的把自動(dòng)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(chǎng)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(gè)不同的樓層中?，F(xiàn)場(chǎng)使用Gecma公司的探險(xiǎn)者Panel計(jì)算機(jī)對(duì)那里的流程生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。未來還要使用無線數(shù)據(jù)傳送裝置和移動(dòng)終端。在整個(gè)被劃分為有易燃易爆危險(xiǎn)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。總之，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(xiǎn)場(chǎng)合中使用的筆記本電腦。這種堅(jiān)固耐用的便攜式電腦通過遠(yuǎn)程桌面和合適的人機(jī)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(jìn)行操作。封裝在塑料外殼中、能夠在易燃易爆Exi等級(jí)的場(chǎng)合中工作的WLAN無線訪問接入點(diǎn)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(yuǎn)程服務(wù)器與筆記本電腦之間聯(lián)系的客戶機(jī)外，這些接入點(diǎn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是只需一根網(wǎng)絡(luò)電纜將網(wǎng)絡(luò)訪問接入點(diǎn)連接即可，因?yàn)樗瑫r(shí)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(jī)把WLAN無線訪問接入點(diǎn)連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并得到了Ex i以太網(wǎng)安全柵的保護(hù)。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(xiǎn)區(qū)域內(nèi)、外的以太網(wǎng)部分連接起來。它有自我保護(hù)的限電功能以及服務(wù)器發(fā)送到易燃易爆危險(xiǎn)區(qū)域中以太網(wǎng)信號(hào)的電流隔離功能。

利用 Tofino Security Appliance構(gòu)成了一個(gè)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(xiǎn)場(chǎng)合中使用的防爆型筆記本電腦才能夠通過遠(yuǎn)程桌面協(xié)議（RDP）和應(yīng)用服務(wù)器（HMI人機(jī)界面）進(jìn)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(xiǎn)區(qū)域中利用以太網(wǎng)、利用無線信號(hào)傳送技術(shù)進(jìn)行通信，但今天已經(jīng)被以太網(wǎng)的安全保護(hù)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(hù)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(chǎng)合中實(shí)現(xiàn)無線通信，而且還可以在連續(xù)不停機(jī)的流程工藝生產(chǎn)中完成維護(hù)保養(yǎng)工作。對(duì)于用戶來講具有決定性意義的是：整個(gè)無線數(shù)據(jù)、信息傳輸系統(tǒng)可構(gòu)建成為一個(gè)具有自我供電保護(hù)功能的PoEx自動(dòng)化系統(tǒng)，從而在今天的流程工藝領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)暢通無阻的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。    

對(duì)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(chǎng)合中利用以太網(wǎng)技術(shù)。在引進(jìn)了新的安全保護(hù)技術(shù)后這一狀況有了根本性的改變。對(duì)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(duì)這一技術(shù)引進(jìn)的意義給予了說明。

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

Künzli：具有自我保護(hù)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(shí)到生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，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(hù)保養(yǎng)更加簡單，同時(shí)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(hào)（4~20mA電流的模擬儀器設(shè)備或者二進(jìn)制數(shù)字儀器設(shè)備）設(shè)備已經(jīng)可以利用Remote I/O遠(yuǎn)程輸入輸出協(xié)議進(jìn)行工作，已經(jīng)能夠通過以太網(wǎng)對(duì)流程設(shè)備進(jìn)行控制。此外，移動(dòng)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(hù)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(dòng)化中使用以太網(wǎng)技術(shù)了。用戶無需等待具有現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備接口的以太網(wǎng)技術(shù)硬件，而且現(xiàn)場(chǎng)總線儀器設(shè)備硬件的生產(chǎn)企業(yè)也無需對(duì)其產(chǎn)品做任何改動(dòng)。

PROCESS：您認(rèn)為這種具有自我保護(hù)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(chǎng)總線儀器設(shè)備。工業(yè)以太網(wǎng)在辦公領(lǐng)域和機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用的預(yù)言已經(jīng)輕松的實(shí)現(xiàn)了。據(jù)ARC公司 2005年的一項(xiàng)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(cè)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(dòng)化的產(chǎn)品幾乎可以在2009年度的Achema展會(huì)的各個(gè)展臺(tái)上看到。