對于全世界關于工業(yè)網絡及其設施安裝的所有討論，并不像人們所期望的那樣普及。實際上，未網絡化的工廠遠比已網絡化的要多。PROFIBUS行業(yè)組織主任Michael Bryant的主任，估計盡管在所有工業(yè)界努力下，迄今為止只開發(fā)了25%的潛在工業(yè)網絡市場。多數公司仍舊將獨立的設備和控制器件與PLC或低精度的系統(tǒng)進行硬件連接。當一個壓力傳感器和讀數顯示箱分離開來的時候，組成“網絡”的實際上就是手持記錄本往返于各種設備之間的工作人員。 　　 如果你還沒有打算在自己的工廠中做一個大的變革的話，那么請記住現有的產品可以為你提供種類繁多的選擇。從很多供應商的角度來看，工業(yè)網絡具有很大的多樣性。例如，至少存在50個不同的現場總線平臺。當你第一次接觸這個過程時，此課題的龐大就會讓你猶豫不前。而且，事實上任何網絡，不論規(guī)模大小都會涉及到至少兩種技術，具體技術的選擇取決于獨立的現場設備和ERP系統(tǒng)或者IT網絡之間距離。 [align=center] 圖：無論是單個總線設備，還是大型的IT或者是ERP網絡系統(tǒng)，現今 的網絡都可以覆蓋到。實踐證明，到目前為止，還沒有任何一個單獨 的網絡平臺可以覆蓋從一個限位開關到頂層管理層面的整個系統(tǒng)。[/align] 另外，網絡的架構是根據不同的目標來設計的。一方面，你希望每一臺機子上連接設備到PLC的布線盡可能地簡化；另一方面，你的經理期望能在同一時間內，他在另一國度的酒店辦公室里看到當前制造過程的實際運行輸出。這是兩個極其不同的項目，但同樣屬于工業(yè)網絡范疇。 　　 為什么需要網絡？ 　　 擁有了這種深奧復雜的技術，為什么有些人寧愿離開硬件的世界？從前使用的記錄本到底有什么缺陷？ 　　 針對這些問題，人們首先會想到的且最老套的一個答復便是，網絡節(jié)省了線路連接方面的費用。其實網絡最初只是為了減少從每一個設備到控制器I/O端口獨立引線的需要。做控制器的公司根據不同的實際需求，設計了專用的fieldbus操作平臺，這就是為什么會有那么多平臺的原因。根據你的情況，節(jié)省在接線和設施上的費用仍是一個值得關注的原因。 　　 隨著網絡的日益復雜，實施他們的原因也隨之增加： 　　■工廠安全系統(tǒng)和控制功能使用同一網絡； 　　■不必重新布線，控制器就能提供診斷系統(tǒng)問題和重新設置設備的方法； 　　■如果有網絡線路，這些新設備就可以傳送更多的信息； 　　■生產資產管理（PAM）程序需要通過控制網絡來操作； 　　■隨著IT網絡由企業(yè)層級的下移，IT網絡所具有的與其他設備的交流能力使整個企業(yè)聯系的更加緊密。 　　 Honeywell Process Solution的教授Tom Phinney建議道：“網絡的意義在于其合理的花費，而不在于其新穎性。如果網絡沒有崩潰，就不要改動它。如果不是由于經濟目的，就不要改動。但那不意味著沒有可以改善的潛在領域了。有很多應用場合急需降低成本、耗散、維護成本上有很大的突破，但這些需要有很大的意志去堅持。這需要提高認識、增加重視、建成產業(yè)。把更精確的儀器進一步引入到工廠網絡應用中就是實施以上這些目標的一個有效途徑。你可以使用智能設備的輔助信息來預測維護問題。命令你的流量計提供噪音信號，如果你反復進行幾次，就可以觀察變化和檢測到是否有淤泥。而你無法盡用4-20mA完成這一切。 　　 ODVA的行政主管Adds Katherine Voss說，“如今，全世界各公司，無論規(guī)模大小，都被聯系起來了！我們想要的不只是制造過程的控制，我們需要隨時隨地能夠得到過程信息！一場制造業(yè)網絡浪潮正在來臨。銅導線連接設備的時代已經過去了；無縫可路由的網絡正在如火如荼般興起?！? 　　 從最底部開始分析 　　 鑒于工業(yè)網絡的復雜性，并且很多領域的交疊，任何對網絡的分門別類都將很是很雜亂的。這里的建議在概念上僅針對當前的課題，而非特指某一層級。 　　 如果我們把分立的現場設備看成整個網絡的最底層節(jié)點，那么PLC就是底層工作的第一個主要的層級。雖然在PLC層上或下還存在其他的網絡技術，但這些技術很少躍級工作。將PLC互相連接以及將PLC與高層設備連接的網絡通常不向下擴展。反之，PLC層以下的網絡通常不會用來將PLC互聯，雖然一些更復雜的現場總線平臺可以變更級別，但也很少向高層次擴展。 　　 最簡單的網絡大概是將一組分立器件連接至PLC上。這些設備是通過硬件連接到I/O卡上而根本不使用網絡。然而，當設備的數量和距離增加時，這就變得非常昂貴和煩重。最簡單網絡使用一條現場總線將這一切連接起來，減少了接線數量，也使配置PLC變得更加容易。 　　 即使是建立一個相對較小的網絡，你也必須弄清楚你要連接的設備的類型。這決定了你的網絡將要處理多少數據: 　　■小數據項，例如，限位開關、光電池、接近傳感器等，是1位設備并要求簡單的比特數據網絡； 　　■中等數據項，例如，智能設備，智能儀器，變頻驅動，小循環(huán)控制器等，將需要更加復雜的現場總線技術； 　　■大數據項，例如，機器人、人機接口、大循環(huán)控制器等，將需要復雜的現場總線技術或以太網。 　　 每個設備的數據處理速度乘設備的數量就得到了此工業(yè)網絡的總容量和網絡需要的速度。如果你有足夠的1位設備，容量需求就能達到較復雜儀器的級別。 　　 “網絡支持什么類型和容量的I/O呢？”Prism Systems公司的系統(tǒng)集成師Mike Darnell問道：“例如，一個造紙廠在他們日常的經營過程中移動大約5000個數據點的操作是正常的。以太網有時被低端I/O端口辦所排擠，以太網設備僅限于低端市場，但它實際上是大型應用的完美解決方案。高端市場用戶對以太網技術的理解逐漸加深，通常認為它的專用性比現場總線平臺要低。” 對于那些已經開始使用網絡的人們而言，需要考慮的是網絡在未來的3～5年會發(fā)生怎樣的變化。Phoenix Contact的自動化產品經理，Larry Komarek建議道：“你將會使用大量同一類型的設備嗎？或者你是否已經看到了每個設備數據量增加的需求? 當你在添加智能設備，或者是在添加具有診斷或分析狀態(tài)信息功能的數字設備時，這些設備的數據量會相應地上升。如果情況屬實，那么只是現在投資和以后投資的區(qū)別而已。如果你現在想節(jié)省資金，仍然使用原有的現場總線，請想一想你工廠的變化速度，如果你已經苦于系統(tǒng)的可擴展性低，那么你是否有時間去更換它？如果你的經營決斷是由于考慮到節(jié)省成本而不引入以太網平臺，那么請確保你考慮到了日后引入以太網平臺的花費以及改造時間等因素?！? 　　 PLC層上的變化 　　 一旦網絡不僅僅局限在PLC層面，項目范疇講極大擴展，并且變得更加開放。PLC需要互相通信，例如，與人機接口通信，為歷史數據庫提供數據，將信息上傳給工程師、企業(yè)級用戶、IT網絡等。這些應用使得網絡本身發(fā)生了顯著的改變，使PLC層上下的狀況完全不同。一些復雜的現場總線平臺支持PLC對等通信，而PLC與企業(yè)層的通信就需要以太網技術了。 　　 隨著工業(yè)以太網設備的傳輸率以兩位數速率增加，它的用途也有了很快的增長。至少有10個不同的平臺在競爭，各有其優(yōu)缺點。他們中的一些是專用平臺，大多數則是與大生產商聯系在一起，雖然他們都宣稱其產品是開放式體系結構的。 　　 目前，以太網將PLC、智能傳感器、遠程I/O模塊、HMI互聯并與上層系統(tǒng)相連，如IT和ERP網絡。PROFIBUS行業(yè)組織副主官Carl Henning建議道：“使用合適的工具做合適的工作。似乎需要一系列的網絡體系將來完成同一個項目。尋找一個合適的平臺，不要使用IT網絡來連接限位開關！如果我是負責這個項目的工程師，我會先檢查設備的數量和他們的復雜性。我將考慮這個平臺與生產系統(tǒng)集成的要求。一個優(yōu)秀的工程決斷是不可替代的?！? 　　 Moxa Technologies的國際工業(yè)以太網產品銷售經理Eddie Lee，看到了以太網技術正在向各行各業(yè)擴展。他指出：“今天以太網已經在沃爾碼超市的條形碼掃描器上發(fā)揮了很大的作用。這是網絡應用在商業(yè)成功的案例。而同等技術正在更加廣泛地向制造業(yè)滲透?？赡芪铱吹帽容^遠，但它的確要來臨。” 兩個案例 　　 樂觀的改變 　　 一個煙草加工廠使用一套機器設備和熟練的操作員的組合來制造各種各樣的雪茄和其它產品。當過去工廠設施還沒實現自動化的時候，管理層認識到工廠還有潛在的節(jié)約成本的辦法以及可以使用更高效的網絡系統(tǒng)來提高生產效率。阿拉巴馬州使用Prism移動系統(tǒng)來將一個都是自動化性能不完全的老設備進行整合。最后，系統(tǒng)用二個現場總線系統(tǒng)和以太網把21個PLC，61個RFID、223傳動機驅動、7個HMI控制臺和不計其數的老的設備聯系在一起。 　　 “有了這個現代網絡結構，我們的顧客現在就可以實時地得到實際生產數據，”Prism系統(tǒng)公司總裁Keith Jones說道“最終的結果既為工廠經營者提高了效益，也為消費者提供了一個高質量的產品?！? 　　 仍需要維持 　　 Hytrol是北美最大的標準客戶輸送機的供應商之一，他們生產的產品品種繁多，小到一些簡單的桿式輸送機，大到高速滑塊式包件分揀機，這些產品應用在各個配送中心的大型船用廠和大型集裝箱零售商，這些分揀機最基本的需求是有很好的網絡性能。一個完整的單元長500～600英尺并且具有1000個I/O端口，運行速度可達到700fpm。一個離散I/O設備大致包括如下幾個部分：接近開關、光電監(jiān)測器、編碼器、條型碼掃描器、身份驗證器等等。令人驚奇的是，在任何一個時刻，大量的信息量都可以隨時讀入處理器。所有的I/O口每3～4ms更新一次。 　　 這就對PLC的速度提出了很高的要求，同時也取決于該網絡硬件的支持?！按罅康腎/O口高速遠距離地運行是一種最糟糕的情況，因為大量的現場總線和控制器無法得到處理?！笨刂茖＜襑endell Rogers說：“他們不是因為速度跟不上，就是方向性不準”，目前，Hytrol主要依靠具有快速接口的硬件集成I/O模塊來簡化大規(guī)模布線任務，公司一如既往地在試驗新的網絡技術，以求得到更好的期望性能。 相對而言，小型的現場總線設施可以保持相對獨立，而以太網解決方案則存在黑客攻擊網絡這個潛在隱患。沒有一個網絡體系是百分百安全的，但是有幾層可以阻擋非法用戶。這是另一個你需要慎重考慮的話題，有很多相關資料可以查閱。 　　 做出明智的選擇 　　 在花時間考慮選擇之前，最好是找出貴公司是否有下列特定的幾條：網絡平臺，優(yōu)先合作廠商，建立培訓機制或者部件目錄。當這些策略涉及到時間和金錢的投入時，他們就很難被忽視。同樣地，最好先決定你是要建立與你和你公司相對應地特定的系統(tǒng)，還是只需要根據別的地方的經驗建立相似的系統(tǒng)就可以了。在這樣特殊的情況下，由于很多原因，你的選擇可能對你找到理想的解決方案產生很大的影響。 　　 一旦你建立了你運作模式，接下來你就要開始著手于對你的現狀和需要作評估： 　　■網絡應該做的是什么？網絡嚴格意義上講就是一種節(jié)省連接I/O端點與PLC之間電纜的方式嗎，或者就是將實時數據傳輸到總裁辦公室或國外嗎？ 　　■你已有的設備和網絡是否需要互相通信和交互？除非你是新建一個工廠，不然，所有的機器或過程工藝，遺留的設備及系統(tǒng)就需要進行整合。 　　■你需要確認從上到下每個層面都可以獲得咨詢。你公司IT部門可能會需要這些的輸入數據，因為他們將連接入系統(tǒng)里。 　　■你集成網絡的安全性如何？ 　　■這將是一個自主開發(fā)的項目，還是你將使用現成的集成系統(tǒng)？ 　　■你是否預料到使用后的效果或者你是否考慮了日后的維護？ 　　 在看貴公司網絡建立的項目范圍內的大型系統(tǒng)或工藝流程前，首先需要羅列實際使用的設備以及明確他們各自所起到的作用。由于單個設備的復雜性以及他們需要傳輸大量的數據，所以他們需要被隔離開。 　　 作為工程的一部分，你需要對確定網絡軟件的安全和控制功能作一個選擇。你不能只依靠現場總線和以太網來自行幫你運行工藝流程，管理工廠設備，列出維修日程表或生成生產報告。這些功能在運行的網絡上都有。有很多可供選擇的網絡系統(tǒng)和控制軟件并且關于他們的評價也相當之多。Control Engineering網站是繼續(xù)你深入研究的一個很好的平臺。