過程工業(yè)自動(dòng)化中的以太網(wǎng)技術(shù)
工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域知名已久，并且應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。然而，過程自動(dòng)化工業(yè)有其特殊要求，尤其是部分過程可能涉及潛在爆炸性環(huán)境，因此不能使用以太網(wǎng)技術(shù)。過程自動(dòng)化行業(yè)的特殊性要求包括本質(zhì)安全、在線配置、冗余設(shè)計(jì)(實(shí)現(xiàn)最大可用性)以及長電纜(工業(yè)以太網(wǎng)電纜長度限制為100 m)。在描述過程自動(dòng)化行業(yè)的以太網(wǎng)技術(shù)時(shí)，區(qū)分其在不同分區(qū)的可用性非常重要。
危險(xiǎn)2區(qū)中的Excom
圖爾克提供可安裝用于危險(xiǎn)2區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)Excom，該Excom系統(tǒng)采用以太網(wǎng)技術(shù)，可采集危險(xiǎn)1區(qū)或危險(xiǎn)0區(qū)的信號(hào)。為了在運(yùn)行過程中插拔網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)連接器，必須確保網(wǎng)關(guān)斷電或有動(dòng)火作業(yè)許可。而所有其他組件(如電源、網(wǎng)關(guān)或I/O模塊等)則可在運(yùn)行期間更換，無需動(dòng)火作業(yè)許可。
危險(xiǎn)1區(qū)中的以太網(wǎng)技術(shù)
從技術(shù)層面上來說，在危險(xiǎn)1區(qū)中使用以太網(wǎng)的難度更大。對(duì)于相互連接的設(shè)備，必須確保其總功率在一定范圍內(nèi)。如今，許多的自動(dòng)化企業(yè)的都希望能克服這些障礙并開發(fā)兩線制的本安型以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。通信和電源采用同一線路。未來標(biāo)準(zhǔn)通常指高級(jí)物理層(APL)。然而，這些開發(fā)成果目前尚不適合在危險(xiǎn)1區(qū)中進(jìn)行廣泛工業(yè)應(yīng)用(截至2020年3月)。未來，APL應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接。然而，出于成本原因，即使在APL已經(jīng)建立時(shí)，經(jīng)典的4到20 mA技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)仍將繼續(xù)共存。
優(yōu)勢(shì)：
平行數(shù)據(jù)訪問
憑借excom以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)GEN，圖爾克為過程自動(dòng)化行業(yè)開辟了數(shù)字化和工業(yè)4.0的全新可能。所有過程、診斷、狀態(tài)和其他數(shù)據(jù)都可以通過平行數(shù)據(jù)通道以足夠快的速度傳輸，而無需反饋至云端或其他IT系統(tǒng)進(jìn)行分析和評(píng)估，因此實(shí)現(xiàn)了快速且簡單的高效狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)見性維護(hù)。而控制器和控制系統(tǒng)則完全不受影響，并受到訪問保護(hù)。向云端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通過以下方式實(shí)現(xiàn)：MQTT、OPC UA、圖爾克的加密云協(xié)議Kolibri或其他開放式標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)場(chǎng)連接云端
除了向控制系統(tǒng)發(fā)送時(shí)間至關(guān)重要的用戶數(shù)據(jù)外，excom還可通過平行數(shù)據(jù)訪問向網(wǎng)絡(luò)中的任意IT系統(tǒng)發(fā)送分析數(shù)據(jù)。然而，建議先分析邊緣設(shè)備中的數(shù)據(jù)，然后僅將結(jié)果發(fā)送至云端。云端可再次作為私有云實(shí)施，而無需(現(xiàn)場(chǎng))Internet或經(jīng)典訪問方式。
除了支持行業(yè)特定的數(shù)據(jù)可視化功能以及加密云協(xié)議Kolibri的云解決方案外，圖爾克還提供云硬件，支持通過MQTT或OPC UA將數(shù)據(jù)傳輸至較大的云系統(tǒng)。
冗余設(shè)計(jì)提高可用性
利用集成的以太網(wǎng)交換機(jī)，可實(shí)現(xiàn)簡單的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而無需外部交換機(jī)。使用冗余協(xié)議可隨時(shí)將線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展為環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。只需所有工作站都支持MRP(Profinet)DLR(Ethernet/IP)冗余協(xié)議。Excom還可建立網(wǎng)關(guān)和電源冗余，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性并支持其他冗余概念。
Profinet冗余概念
不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
S2冗余表示系統(tǒng)具有2個(gè)控制器和1個(gè)設(shè)備(即excom網(wǎng)關(guān))。master通過主干網(wǎng)進(jìn)行內(nèi)部同步，且兩者都保持與設(shè)備的連接。另外，圖爾克還提供帶S2冗余的IP67 IO-link master模塊TBEN-L-8IOL。
S2冗余：2個(gè)主站和1個(gè)網(wǎng)關(guān)
Excom還可映射更高的冗余標(biāo)準(zhǔn)R2。在該冗余系統(tǒng)中，2個(gè)master與2個(gè)網(wǎng)關(guān)建立交叉連接。因此，即使其中一個(gè)控制器和一個(gè)網(wǎng)關(guān)發(fā)生故障，也不會(huì)造成通信中斷。
圖爾克的獨(dú)特冗余解決方案：2個(gè)主站和2個(gè)
網(wǎng)關(guān)靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)關(guān)帶內(nèi)置的2端口交換機(jī)，因此可安裝在線性結(jié)構(gòu)，如經(jīng)典的現(xiàn)場(chǎng)總線中。它也支持其他標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星形、樹形和環(huán)形結(jié)構(gòu)。
多協(xié)議
1個(gè)網(wǎng)關(guān)，3個(gè)協(xié)議 – 圖爾克的多協(xié)議I/O設(shè)備可在啟動(dòng)后識(shí)別主站，并自動(dòng)調(diào)整為相應(yīng)的PROFINET、Modbus TCP或EtherNet/IP協(xié)議。excom Ethernet利用該可靠標(biāo)準(zhǔn)，可直接結(jié)合所有支持EtherNet/IP、PROFINET或Modbus TCP的控制系統(tǒng)使用。
這些系統(tǒng)包括：
● Siemens
● Honeywell
● Rockwell
● Yokogawa
● Emerson
● Supcon
● ABB
