網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能實現(xiàn)高速、安全、可靠的全廠數(shù)據(jù)傳輸。PLC具有增強(qiáng)的診斷和通訊功能，提供智能、低維護(hù)需求的系統(tǒng)，可以為工廠帶來顯著的效益�，F(xiàn)在，生產(chǎn)制造商能夠提高精度，提供更快的生產(chǎn)速度，降低錯誤以及節(jié)約材料和人力成本。

隨著人機(jī)交互在工廠的廣泛使用，勞動力在生產(chǎn)制造過程中充當(dāng)大腦和動力的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。一個主要的例子就是PLC，在自動化和生產(chǎn)制造等各個工業(yè)領(lǐng)域，PLC成為主力已經(jīng)很多年了。通過與幾乎所有設(shè)備(從傳感器、設(shè)備保護(hù)到運動控制、先進(jìn)識別設(shè)備)接口，PLC確保設(shè)備的順利運行。利用PLC帶來的靈活性，設(shè)備制造商能夠同時管理多個機(jī)器,，從而實現(xiàn)過程自動設(shè)備進(jìn)一步的整合，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低運營成本。

使用PLC的好處眾所周知�？刂乒δ艿脑鰪�(qiáng)，得益于PLC對效率提高的貢獻(xiàn)以及工業(yè)以太網(wǎng)的幕后支持。并且，這些技術(shù)使人機(jī)交互成為一種無縫、有益的結(jié)合。工業(yè)以太網(wǎng)由各種各樣的通訊協(xié)議組成，具有確定的功能，可以為專用自動化系統(tǒng)提供一種有效的替代方案。

由于具有先進(jìn)的性能、復(fù)雜的功能、簡化的安裝，PLC是現(xiàn)代生產(chǎn)制造工業(yè)的基石。但是，為了有效的利用這些設(shè)備，用戶必須理解網(wǎng)絡(luò)在其中扮演的關(guān)鍵角色，同時必須考慮個體的需求以提供最優(yōu)的解決方案。他們一道構(gòu)成了統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施：從管理層一直延伸到車間層的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有與生俱來的可擴(kuò)展性，可以持續(xù)滿足不斷發(fā)展的工業(yè)需求。

利用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展PLC功能

盡管PLC為工廠可視化通訊開啟了一扇大門，但是將生產(chǎn)制造可視化和控制提高到新層次的，卻是因為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的整合將實時網(wǎng)絡(luò)、可視化技術(shù)、控制和通訊能力結(jié)合起來。隨著網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)展，在很多以前根本不可能的領(lǐng)域，提供監(jiān)視和控制功能。使用現(xiàn)場總線到以太網(wǎng)總線轉(zhuǎn)換的結(jié)合，來開發(fā)企業(yè)范圍的控制網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)功能和PLC的融合，使用戶能夠降低分布式控制系統(tǒng)主處理器的負(fù)載，將控制層設(shè)備布置到更靠近應(yīng)用的地方。此外，通過與分布式I/O的結(jié)合，生產(chǎn)制造商可將數(shù)據(jù)采集、通訊和全廠連接流線化，從而降低總的運營成本。

處理能力、數(shù)據(jù)存儲能力和通訊能力使現(xiàn)代PLC成為能提供智能化、強(qiáng)大的現(xiàn)場層應(yīng)用控制的理想解決方案。

網(wǎng)絡(luò)：PLC如果要成為網(wǎng)絡(luò)工具，用戶必須具有必要的帶寬，支撐實時工業(yè)以太網(wǎng)的運行。由于連接和通訊需求在不斷的增加，PLC也必須升級，從而為多個網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供支持。盡管沒有任何一款工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以適用于所有的先進(jìn)I/O解決方案，但是通過使用多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，PLC可以根據(jù)需要將企業(yè)層連接到工廠層。由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議擴(kuò)展了功能，PLC成為驅(qū)動和支持這些新增功能的必要設(shè)備。

為了確保這些集成系統(tǒng)能夠連續(xù)進(jìn)行工作，維護(hù)這些工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)就成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。最重要的是要有一個穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。因此，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的可用性是十分關(guān)鍵的。這就要求系統(tǒng)支持必要的帶寬、較高的數(shù)據(jù)傳輸率以滿足應(yīng)用的需求，以及在維護(hù)操作和連接故障快速恢復(fù)時的數(shù)據(jù)保護(hù)需求。

同速度與可用性一樣，冗余性對于性能和可靠性十分重要。非計劃停機(jī)時間的延長，可能成為工廠生產(chǎn)能力的一個潛在威脅。但是，冗余技術(shù)不僅能提供毫秒級的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)，而且能夠顯著降低使用費用。

分布式控制：利用分布式控制技術(shù)，使自動化系統(tǒng)的不同部分可以在整個系統(tǒng)中實現(xiàn)分散化。這就意味著系統(tǒng)的某些部分，可以由布置在靠近控制對象的不同控制器來控制。對于廣泛的應(yīng)用需求，就可以使用多個不同的形式因子。此外，通過將I/O數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)姆稚⒌秸麄�應(yīng)用中(機(jī)柜內(nèi)或機(jī)器上)，生產(chǎn)制造商就可以降低必要件的數(shù)量，從而減小自動化和控制設(shè)備的體積。

分布式控制提供了一種內(nèi)在的可擴(kuò)展性，允許用戶靈活使用模塊化設(shè)計，按照需要對I/O進(jìn)行精確配置，在將來可以快速、低成本的對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。分布式智能系統(tǒng)不但不會額外增加PLC的負(fù)載，并且可以通過擴(kuò)展，用同一個PLC來控制自動化應(yīng)用，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)將來的功能需求。這就意味著用戶能夠通過增加尺寸和功能就能擴(kuò)展系統(tǒng)，同時仍然保持PLC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。

在卸載負(fù)荷期間，一些控制功能從主控制器(PLC或者PC控制)上轉(zhuǎn)移到分布式I/O上(布置在機(jī)器或者是機(jī)柜內(nèi))可以降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。這是因為通過分布式I/O，主控制器不需要請求遠(yuǎn)程I/O提供輸入狀態(tài)或觸發(fā)輸出。帶有控制/可編程功能的分布式I/O系統(tǒng)，能夠處理特定的任務(wù)，調(diào)節(jié)與監(jiān)控的通訊以及發(fā)送到主控制器的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

通過允許遠(yuǎn)程I/O組態(tài)，生產(chǎn)制造商利用很少的I/O點就可以實現(xiàn)高水平的連通性(即使是在很廣泛的區(qū)域)，為各種各樣的工業(yè)和應(yīng)用提供高性價比的控制解決方案。大型工廠需要廣泛的監(jiān)視和控制功能，如果在每個地點都設(shè)置控制器，從實現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)性的角度來講并不經(jīng)濟(jì)。這需要冗長的安裝過程和昂貴的費用，包括長距離鋪設(shè)線纜，將I/O點通過硬接線連接起來。比如，從遠(yuǎn)處的工廠、設(shè)施獲取數(shù)據(jù)時，就可以使用遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)。循環(huán)周期、點數(shù)、時間或者是事件等信息被送回到PLC用于編制維護(hù)和管理報告。另外，硬接線增加了錯誤發(fā)生的可能性，比如接線錯誤，就需要長時間的停機(jī)來改正錯誤。

先進(jìn)I/O能力：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)早就不僅僅是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬量輸入和模擬量輸出功能。比如，先進(jìn)I/O能包括RFID技術(shù)、用于運動控制的SSID和串行輸入、數(shù)據(jù)日志、條形碼和二維矩陣識別系統(tǒng)等。更智能、更先進(jìn)的I/O系統(tǒng)產(chǎn)生了更多的數(shù)據(jù)，PLC必須能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理。

典型的工廠環(huán)境需要更緊湊的控制系統(tǒng)來控制生產(chǎn)過程，這導(dǎo)致需要的不僅僅是離散的I/O。PLC配置了先進(jìn)的I/O，比如模擬量信號處理、溫度和RFID，這都會消耗更多的帶寬。

例如，PROFINET使用了三個不同的通訊通道與PLC和其它設(shè)備交換數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通道被用于參數(shù)化的組態(tài)，非周期性的讀、寫操作。實時(RT)通訊旁路標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP接口，加速與PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。第三個是用于運動控制的高速同步實時通道。

在現(xiàn)場整合網(wǎng)絡(luò)和PLC

遠(yuǎn)程I/O:油氣工業(yè)處理危險的工業(yè)化境，要求有很高的準(zhǔn)確性和可靠性。對一個應(yīng)用而言，不但需要可靠的性能，而且必須適應(yīng)不斷改變的需求和不斷增加的指令，傳統(tǒng)的控制解決方案并不理想，因此需要模塊化的解決方案，從而可以進(jìn)行解列和運輸。對于油氣工業(yè)，一個基本的需求是利用創(chuàng)新的連接解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)超長距離的通訊并且不會犧牲性能，或者不容易受到環(huán)境的影響。這些要求需要控制設(shè)備比如PLC和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的可靠結(jié)合。

對于這些工廠，如何設(shè)計分布在較廣區(qū)域的工廠設(shè)備是一個挑戰(zhàn)，這需要網(wǎng)絡(luò)來處理大量的信號，并且需要在降低接線空間的同時，保留必要的維護(hù)空間。使用分布式I/O系統(tǒng)，在危險區(qū)域能快速斷開接線系統(tǒng)，為復(fù)雜的問題提供了一種有效的答案。便于組態(tài)的系統(tǒng)與過程應(yīng)用提供了遠(yuǎn)程I/O功能。一根以太網(wǎng)線就可以處理大量的數(shù)據(jù)通訊，將多達(dá)150個遠(yuǎn)程信號從工廠的不同區(qū)域送回到PLC。

利用精密的接線系統(tǒng)，作為現(xiàn)場過程儀表的終端，在接線盒處將這些信號增強(qiáng)，提高其效率。而且，利用屏蔽雙絞線將信號從接線盒傳輸?shù)絇LC機(jī)柜，鎧裝屏蔽雙絞線連接接線盒與儀表，就不再需要將所有的電纜分別連接至PLC了。反之，過去使用的8芯電纜已經(jīng)被整合成一根電纜。由于電纜槽的體積較小，PLC機(jī)柜的體積也因此會減少。這帶來了額外的費用節(jié)省。

此外，為了滿足油氣市場及其危險區(qū)域的特別需求，必須正確安裝這些設(shè)備。提供的選項包括經(jīng)經(jīng)認(rèn)證的、可用于危險等級為2組/2區(qū)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，增強(qiáng)型溫度信號，4~20mA以及離散信號,并將這寫信號高速傳輸至PLC。

增強(qiáng)的自動化：對煤炭生產(chǎn)企業(yè)而言，在整個工廠區(qū)域內(nèi)，需要大量的運輸系統(tǒng)，將煤炭從存儲地運輸?shù)侥ッ簷C(jī)。在所有時間內(nèi)，這些運輸系統(tǒng)都必須具有較高的可靠性，以提高工廠的生產(chǎn)能力。這樣，選擇自動化就是一種必然的結(jié)果，但是這需要在工廠內(nèi)安裝無數(shù)的傳感器和執(zhí)行器，并對其進(jìn)行管理和維護(hù)。

為滿足這些特殊的需求，使用現(xiàn)代的Fieldbus系統(tǒng)來傳輸PLC和傳感器/執(zhí)行器的信號，可以提供必要的自動化水平、控制以及持續(xù)性。那些采用模塊化設(shè)計并可以提供強(qiáng)大保護(hù)功能的設(shè)備，如果正確的使用Fieldbus系統(tǒng)，不僅可以在所有設(shè)備間提供不受電磁干擾影響的通訊，而且可以保證數(shù)據(jù)的高度完整性，不會受到振動的影響，并且具有豐富的診斷功能。

拿煤炭工廠作為例子，該工廠具有：兩個運輸站，兩個磨煤機(jī)以及一個填埋坑，用于處理煤炭垃圾。在這些運輸站間，煤炭通過數(shù)個傳輸帶進(jìn)行運輸。煤炭在經(jīng)過不同的步驟進(jìn)行運輸?shù)倪^程中，一個十分關(guān)鍵的工作就是記錄詳細(xì)的數(shù)據(jù)。每個傳輸帶都有自己的控制柜，安裝了連接器、馬達(dá)回路開關(guān)和分布式I/O。模塊化I/O站，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比如DeviceNet。將模擬和數(shù)字信號傳遞到更高層次的PLC系統(tǒng)，這些信號反映了傳輸系統(tǒng)的狀態(tài)，包括進(jìn)料速率、偏置、或料位數(shù)據(jù)等。在對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行評估后，PLC將工廠狀態(tài)提交給信息管理系統(tǒng)。所有的控制通過兩個Fieldbus控制網(wǎng)絡(luò)就可以實現(xiàn)。

由于可靠、高效、靈活的Fieldbus技術(shù)能夠提供容錯的產(chǎn)品，所以生產(chǎn)制造商確信可以實現(xiàn)連續(xù)的煤炭運輸。由于使用防護(hù)等級為IP67的Fieldbus系統(tǒng)，該解決方案滿足煤炭生產(chǎn)企業(yè)的高要求，并具有維護(hù)簡單、診斷快速、安裝簡易、不易發(fā)生錯誤、電纜費用低等特點，最終能夠確保，即使是在嚴(yán)酷的環(huán)境中，工廠也能高效和安全地運行。

結(jié)論

沒有任何兩家工廠的生產(chǎn)制造環(huán)境是相同的。但是，生產(chǎn)制造商都有一個共同的目標(biāo)：在生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，能夠使生產(chǎn)效率、生產(chǎn)能力和利潤率最大化�？刂圃O(shè)備，比如PLC和先進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的集成，為實現(xiàn)這些目標(biāo)提供了策略上的準(zhǔn)備。

目前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能實現(xiàn)高速、安全、可靠的全廠數(shù)據(jù)傳輸。PLC具有增強(qiáng)的診斷和通訊功能，提供智能、低維護(hù)需求的系統(tǒng)，可以為工廠帶來顯著的效益。現(xiàn)在，生產(chǎn)制造商能夠提高精度，提供更快的生產(chǎn)速度，降低錯誤以及節(jié)約材料和人力成本。