要減少材料消耗需要密切關注每個細節(jié)，具體地說，就是要通過高速網(wǎng)絡精確監(jiān)控每一個傳感器和執(zhí)行機構。速度更快的網(wǎng)絡能使制造商獲得更多利益。

塑料加工設備廠商 Husky Injection Molding Systems公司位于加拿大安大略省，公司首席技術官 Chris Choi 表示：“傳統(tǒng)系統(tǒng)的壓力曲線起伏很大，然而，通過縮短采樣時間可以使壓力跟蹤更接近于理想狀態(tài)。這樣，我們就能夠更精確地控制熔點，從而得到外壁更薄的塑料。”

縮短采樣時間的基礎是使用速度更快的設備級網(wǎng)絡。越來越多的公司將以太網(wǎng)作為唯一網(wǎng)絡，Husky 就是其中之一。雖然一些廠商認為，現(xiàn)有的現(xiàn)場總線更適合輸入/輸出 (I/O) 設備級通訊，但同Choi一樣的工程師們卻認為，以太網(wǎng)具有顯著優(yōu)勢。Choi 表示：“Profibus 和專有連接速度較慢。使用以太網(wǎng)則不會有任何延遲，整個系統(tǒng)運行速度更快。”

他解釋說，速度是讓客戶節(jié)省資金、獲得更薄外壁并減少材料浪費的關鍵。在5500 萬個零件的大規(guī)模生產(chǎn)運行中，一件 22 克的產(chǎn)品若能減掉2克材料每年可節(jié)省 18 萬美元。因此，Husky 在整個系統(tǒng)中采用了實時以太網(wǎng)技術 EtherCat。Choi 認為，只要能夠節(jié)約材料，客戶就會更加關注所采用的設備結構。在環(huán)保意識普遍增強的時代，這將有助于贏得更多銷售訂單。

為 Husky 這樣的公司提供服務的設備設計人員確實需要考慮很多方面。在整個系統(tǒng)架構中，網(wǎng)絡顯得十分關鍵，涉及到性能與成本。雖然改善以太網(wǎng)速度可能看上去不起眼，但意義重大。

Beckhoff Automation LLC位于明尼蘇達州 Burnsville 市，總裁 Graham Harris 表示：“EtherCat 的帶寬非常重要。如果要進行檢測和執(zhí)行，使用速度更快的網(wǎng)絡來接收或發(fā)送信號，在不改變其他方面的情況下，速度可以獲得2%到5%的提升。”每天數(shù)千次活動中節(jié)省幾微秒，累計起來就會取得明顯改善。”

布線更加方便

工業(yè)用戶將以太網(wǎng)延伸至系統(tǒng)底層的原因之一是希望簡化布線。在所有層級上采用同一種傳輸介質可降低復雜性，并為安裝人員提供更多便利。與此同時，很多用戶發(fā)現(xiàn)這種方式還可節(jié)約資金。

很多以太網(wǎng)的支持者表示，與家庭和辦公室中采用的以太網(wǎng)布線相比，廣泛應用的 DeviceNet、Profibus 或專用布線方案有很多規(guī)則與要求。Harris 說：“以太網(wǎng)解決了采用傳統(tǒng)技術的布線問題。用戶可以在很少的規(guī)則內(nèi)布置 Cat5（5 類）電纜。”

與現(xiàn)有方案相比，以太網(wǎng)電纜連接極為方便，故障排除容易。這一點很重要，因為接線是非常耗時的工作。Mayfield Heights 的供應商 Rockwell Automation Inc. 公司位于俄亥俄州，公司NetLinx 產(chǎn)品業(yè)務經(jīng)理 Mike Hannah 表示：“使用硬線連接時。而每個連接都會耗費很長時間，還要進行接線檢查。”

簡易性對 Husky 來說十分重要。成本降低則是附加價值。Choi 說：“我們在每個地方都使用相同的電纜。與其它方案相比，成本會顯著降低。”

盡管工業(yè)應用中使用的電纜和連接器通常都非常堅固耐用，但由于采用標準產(chǎn)品的用量巨大，因此，平均下來，工業(yè)用以太網(wǎng)電纜的價格可達其它電纜的四分之一。以太網(wǎng)連接器的成本也會顯著降低。Harris 說，Hoffman Estates 的供應商 Bosch Rexroth 公司位于伊利諾伊州，公司自動化系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理 Ted Thayer 表示：“DeviceNet 、Profibus 電纜/連接器、CC-Link 電纜，以及用于這些網(wǎng)絡的附件（如 Profibus 交換機和 CC-Link 無線發(fā)射器）的價格非常高。”

以太網(wǎng)電纜十分普遍，并且無需針對現(xiàn)場總線提供不同電纜和連接器，因此能夠降低成本。雖然工業(yè)電纜與普通電纜有顯著差異，但倘若發(fā)生以太網(wǎng)電纜斷線，而技術人員的工具箱中沒有類似規(guī)格的電纜，可在緊要關頭使用普通電纜來代替。

“如果電纜發(fā)生斷線，可以到商店購買一根堅固耐用的替代電纜。”位于明尼蘇達州普利茅斯市的自動化設備廠商 Turck Inc. 的高級產(chǎn)品經(jīng)理 Karie Daudt 說。這些通用電纜應盡快升級為堅固耐用的電纜。

然而，并非所有應用都需要價格昂貴的工業(yè)級電纜。對于電子噪聲不高或溫度適中的應用環(huán)境，使用普通電纜就可以。“你可以使用高品質的以太網(wǎng)電纜。”位于加利福尼亞 Roswell 的供應商 B&R 工業(yè)自動化 公司的產(chǎn)品經(jīng)理 Stephan Stricker 說。

以太網(wǎng)的支持者承認，雖然以太網(wǎng)有時可以降低成本和復雜性，但比簡單的現(xiàn)場總線成本高。如果把類似于傳感器這樣的簡易部件連接到整個網(wǎng)絡，則有很多其他替代方案可能比以太網(wǎng)成本更低。

“在傳感器和執(zhí)行機構層面，以太網(wǎng)的成本可能會高一點，并且許多組件尚不能用于以太網(wǎng)。”Rockwell 的 Hannah 說。很多設備制造商正在通過提供橋接設備來解決這一問題，橋接設備兩端分別與現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)相連。

“橋接模塊可將現(xiàn)場總線用于這些組件。使用橋接設備時，仍然與以太網(wǎng)相連，便于獲取報警和診斷數(shù)據(jù)。”Hannah 補充說。

橋接設備的使用能夠減少以太網(wǎng)用于 I/O 級設備的成本。同時，網(wǎng)管型交換機的減少也可以大大節(jié)約成本。雖然很多設備級電纜與以太網(wǎng)電纜相比更加昂貴，但綜合其他便宜的電纜，在財務上來說這種替代方案更加可行。

橋路的建立

通過使用橋接設備，工廠管理人員還可利用每種技術價值。以太網(wǎng)的優(yōu)點是能夠傳輸相對較大的數(shù)據(jù)包，但對于處理傳感器級數(shù)據(jù)并不十分有效。因此，DeviceNet 和 Profibus 等現(xiàn)場總線仍是可行的解決方案，尤其對于已采用這些現(xiàn)場總線的工廠來說。

執(zhí)行-傳感器接口 (AS- Interface) 等其它設備級總線在面向涉及傳感器和執(zhí)行的現(xiàn)場安裝時，具有較高速度和抗干擾性。但是，這些總線不適合傳輸較大的數(shù)據(jù)塊。用戶也可以在 AS-Interface 上連接任何類型的安全設備。

位于俄亥俄州 Twinsburg 的廠商 Pepperl+Fuchs Inc. 的智能系統(tǒng)組經(jīng)理 Helge Hornis 表示：“只有對高性能有一定需求，且系統(tǒng)輸入和/或輸出極少的情況下，必須采用以太網(wǎng)系統(tǒng)，I/O 級以太網(wǎng)應用才有意義。”

他說，當機器達到大約 40 個傳感器和 10 至 20 個輸出時，就應對 AS-Interface 進行評估。AS-Interface 或替代方案如能很好地應對這些需求，橋接方案就會更好地發(fā)揮作用。

Hornis 表示：“將以太網(wǎng)與輔助的底層線路解決方案（特別是 AS-Interface）相結合會非常有優(yōu)勢，融合了二者的優(yōu)點，并完全克服了各自的缺點。”。

AS-Interface 和現(xiàn)場總線并不是將以太網(wǎng)向設備級延伸的唯一方案。IO-Link 是新出現(xiàn)的替代方案。Profibus 國際組織負責制定的標準得到了很多廠商的支持。在某些大型行業(yè)展會上，西門子重點介紹 IO-Link。Balluff 最近也擴大了其 IO-Link 擴展模塊產(chǎn)品線，產(chǎn)品可直接連接到 Profibus 或 Profinet 網(wǎng)絡。

該接口用于單獨連接諸如傳感器和執(zhí)行等現(xiàn)場設備。雖然總體上與 AS-Interface 相同，但它們能分別滿足不同領域的需要。位于亞利桑那州 Scottsdale 的 Profibus 貿(mào)易組織的副主席Carl Henning 表示：“AS-Interface 大部分是一位總線。IO-Link 用于更多智能的設備，例如色彩傳感器。”

大多數(shù)工程師表示，選擇何種架構并沒有固定的方法。工廠管理人員需根據(jù)系統(tǒng)要求、設備成本和可用性來決定其 I/O 設備應使用的總線類型。Turck 的 Daudt 說：“以太網(wǎng)的遷移十分昂貴。所以必須權衡其利弊；這不是一項簡單的任務。”

多種途徑

單一網(wǎng)絡的支持者認為，將以太網(wǎng)擴展到 I/O 層設備會獲得很多好處。很多供應商表示，以太網(wǎng)與其他技術一樣，也面臨權衡取舍。以太網(wǎng)相關的周邊設備成本升高并不影響最終獲得的收益。“雖然耦合器貴一些，但它效果良好。所帶來的靈活性的價值要遠遠超出額外的成本。”Stricker 說。大多數(shù)評論員都同意，以太網(wǎng)網(wǎng)絡便于隨著需求的變化而擴展。有必要時需添加附加子網(wǎng)，但擴展相當簡單。

以太網(wǎng)的主要優(yōu)勢在于，在發(fā)生不可避免的問題時，無論是對網(wǎng)絡進行擴展還是維修，可供使用的工具和技能非常多。Stricker 說：“用于以太網(wǎng)的調(diào)試工具有很多。你可以使用這些工具和一臺普通PC（個人電腦）對網(wǎng)絡進行調(diào)試，而無需使用專門工具。”

雖然有些大型工廠可能會將多個以太網(wǎng)系統(tǒng)連接在一起，但只要具有足夠的帶寬，以太網(wǎng)可減少網(wǎng)絡數(shù)量。通常采用專用通訊方案的安全和運動功能也可以通過以太網(wǎng)進行處理。這樣做的優(yōu)勢在于，“如果將運動產(chǎn)品或安全網(wǎng)絡置于以太網(wǎng)上，可以簡化網(wǎng)絡結構，從而完全省去了專用的運動和安全網(wǎng)絡。”Harris 說。

廠商會研發(fā)出降低復雜性和成本的新方法。在聯(lián)網(wǎng)時，各種拓撲結構可滿足工業(yè)領域的廣泛要求。這些結構會繼續(xù)演變下去。

ODVA Inc.（以前稱為 Open DeviceNet Vendor Association）去年完成了稱為設備級環(huán)網(wǎng) (DLR) 的拓撲結構文件。這種總線型方案允許多端口以太網(wǎng)設備在環(huán)網(wǎng)拓撲中運行，簡化了布局，降低了成本，同時，通過檢測斷線并在其周圍重新配置通訊來延長正常運行時間。Hannah 表示：“通過 DLR，客戶無需為了進入設備級而購買多臺交換機。它們可以形成一個總線型菊花鏈。這并不新鮮，通過使用設備級環(huán)網(wǎng)，將擁有一個環(huán)網(wǎng)主站，它可以識別電纜斷線并以其它方式對通訊進行尋址，從而最大限度縮短停機時間。”

常規(guī)網(wǎng)絡架構可根據(jù)用戶要求來定制。在某些應用中，供應商會建議使用帶有中央交換機的星型拓撲，周圍是在其控制下運行的設備。這樣可節(jié)省大量布線。Stricker 表示：“通過以太網(wǎng)，可讓一臺機器成為中樞，周圍設備直接與中樞相連。比需要往返布線的網(wǎng)絡要方便得多。”

這可能是某些環(huán)境中最有效的方法。但在其他環(huán)境中，星型拓撲則不一定適宜。公司可使用多端口設備來構建很長的設備鏈。Henning 表示：“人們在安裝帶有兩個端口的交換機時，可使用線型拓撲來代替星型拓撲。星型拓撲在工廠的運行狀況不如在辦公環(huán)境中那樣良好。如果使用中央交換機，則需要向每臺設備連接一條單獨的電纜。”

在工廠車間內(nèi)，無論采用哪種架構，以太網(wǎng)比現(xiàn)場總線的遠程訪問效果要好得多。在整個工廠內(nèi)使用以太網(wǎng)，操作人員無論是在家還是其他任何地方，都可與特定設備上的執(zhí)行直接通訊。

位于加利福尼亞 Alpharetta 的廠商 Siemens Energy & Automation Inc.（西門子能源與自動化公司）的網(wǎng)絡顧問 Jansons 表示：“如果在 I/O 級擁有以太網(wǎng)，就可以更好地訪問診斷與報警信息。這意味著，在發(fā)送報警時可進行遠程糾錯。”