自動化行業(yè)中的以太網(wǎng)第2部分：全廠自動化中的以太網(wǎng)/IP

在本系列第一部分中，我們探討了以太網(wǎng)在自動化行業(yè)中的重要性，1 談到了其相對于傳統(tǒng)現(xiàn)場總線的優(yōu)勢。對于初創(chuàng)企業(yè)來說，以太網(wǎng)解決方案具有卓越的優(yōu)勢、能效比和設備選擇自由性，這些優(yōu)勢全部來自其底層技術的靈活性、數(shù)十年的發(fā)展以及供應商群體的成熟度。

在本部分，我們將看看EtherNet/IP®，并考察如何在全廠自動化和控制系統(tǒng)中實施EtherNet/IP®。該標準以以太網(wǎng)為基礎，基本兼容現(xiàn)有基礎設施，這使其成為提升工廠性能、優(yōu)化成本控制的絕佳選擇。

思科與羅克韋爾自動化有限公司(Rockwell Automation)在2011年聯(lián)合發(fā)布的一份出版物中解釋道，“在競爭激烈的制造環(huán)境中，要實現(xiàn)必要的靈活性、可見性和效率，采用開放式行業(yè)標準網(wǎng)絡技術的單一系統(tǒng)架構顯得至關重要。”2

EtherNet/IP是自動化的基礎：一種同時面向車間和企業(yè)網(wǎng)絡的應用層協(xié)議

在2013年11月開展“移動性、以太網(wǎng)和無線網(wǎng)絡調(diào)查”時，Control Engineering(控制工程)雜志調(diào)查了200名受訪者，結果發(fā)現(xiàn)EtherNet/IP是同類中運用最廣泛的行業(yè)協(xié)議，遠遠領先于同領域的其他協(xié)議。3 超過70%的受訪者稱其設施中采用的是EtherNet/IP。

EtherNet/IP的受歡迎程度因行業(yè)而異，就如礦業(yè)和汽車制造業(yè)一樣。具體地，以全廠自動化為例，EtherNet/IP可以支持多種應用的融合，同時還能確保實時性能。在整個工廠全面部署以太網(wǎng)，EtherNet/IP可以連通工業(yè)和辦公通信。

EtherNet/IP可以依據(jù)思科與羅克韋爾自動化有限公司的融合型全廠以太網(wǎng)(CPwE)架構實施，后者是一種面向工業(yè)網(wǎng)絡設計的參考架構。4 其目標是通過面向設備的標準網(wǎng)絡服務，把工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)應用與范圍更廣的企業(yè)網(wǎng)絡整合起來。EtherNet/IP為這一目標創(chuàng)造了條件。

在全廠實施EtherNet/IP時，需要對網(wǎng)絡的結構進行特殊設計，以各設備的功能及設備可能存在的性能和可用性要求為基礎設計第2層和第3層多路開關層級結構以及區(qū)域分割方案。最低層次有執(zhí)行器、機器人等，驅(qū)動、批量控制等應用處于上一層次，企業(yè)網(wǎng)絡則位于最上層。

深入挖掘這種EtherNet/IP配置的細微特性，就能發(fā)現(xiàn)，可以用VLAN來分離工業(yè)流量和非工業(yè)流量，通過防火墻來隔離生產(chǎn)區(qū)域和企業(yè)區(qū)域。另外，托管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機可為網(wǎng)絡帶來必要的彈性、環(huán)路預防、多播管理、診斷和其他服務。千兆光纖上行鏈路和冗余路徑以及基于工廠物理布局的邏輯拓撲結構則為彈性網(wǎng)絡提供了強力支撐。

基于EtherNet/IP的融合型全廠以太網(wǎng)的優(yōu)勢

經(jīng)驗豐富的工廠運營方擁有充足的EtherNet/IP配置資源。另外，EtherNet/IP采用的是未經(jīng)修改的標準以太網(wǎng)技術，為這一過程提供了便利?；贑PwE的EtherNet/IP實施指南能為企業(yè)帶來哪些好處?

采用EtherNet/IP一類基于以太網(wǎng)的協(xié)議的基礎優(yōu)勢源于以太網(wǎng)和IP技術的成本優(yōu)勢、靈活性和發(fā)展成熟度。通過現(xiàn)有技術來實現(xiàn)分布式自動化的模塊化標準也存在類似的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢有助于解決諸如下列問題：

• 系統(tǒng)維護：以太網(wǎng)是傳統(tǒng)型自動化和控制系統(tǒng)的良好替代方案，因為其與企業(yè)系統(tǒng)的集成更加容易，維護成本也較低。另外，以太網(wǎng)和IP技術領域的人才和專業(yè)知識也更加容易獲取。

• 數(shù)據(jù)管理：采用基于以太網(wǎng)的協(xié)議可以提升可用性、性能和實時特性。采用單一網(wǎng)絡可以簡化橫跨多個應用和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理工作。

• 與業(yè)務流程的集成：連通車間和企業(yè)系統(tǒng)有助于加快決策過程。因廠制宜的設計和廣泛的驗證機制可以確?？煽啃院涂沙掷m(xù)性。

最后，將EtherNet/IP一類的以太網(wǎng)協(xié)議用于全廠自動化可以滿足對確定性性能的要求，同時還能采用易于維護的以太網(wǎng)和IP標準。工業(yè)以太網(wǎng)集強大的實力和便利性于一身，不斷超越傳統(tǒng)現(xiàn)場總線，因而成為自動化行業(yè)的可行選擇。

參考文獻

1 “自動化行業(yè)中的以太網(wǎng)第1部分：工業(yè)以太網(wǎng)傳感器的優(yōu)勢和作用，”ADI公司，2014年12月。

2 “關于EtherNet/IP全廠部署的十大建議，”思科系統(tǒng)公司和羅克韋爾自動化有限公司，2011年10月。

3 “最常用的以太網(wǎng)協(xié)議，” 控制工程，2014年7月。

4 融合型全廠以太網(wǎng)，思科。