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工业以太网技术提升机械控制水平

 

来源:国际工业自动化网 IIAnews.com

    目前所出现的新的工业网络协议几乎都是基于以太网的技术,不过最近两大主要的工业网络组织--ODVAProfibus国际组织都宣布正在各自扩展一种非以太网的网络协议,一种底层的比特级工业网络规范。其中,ODVA公布了其最新的CompoNet规范,而Profibus国际组织则公布了其IO-Link集成规范。尽管两种技术差别甚多,不过重点都是围绕低成本的应用需求。

    IO-LinkCompoNet相互之间绝不是竞争关系,它们其实是对各自的现有网络架构的完善和扩展金属加工网,通过不同的途径提高各自工业网络标准的实用价值。IO-Link利用现有的点对点连接技术增加网络效率,增加设备间的信息交换能力。另一方面,CompoNet则针对相对昂贵的其他网络技术提供一种低成本的机械控制方案。同时,对于欠完善的网络而言,CompoNet凭借其优良特性也是一种具有吸引力的解决手段。

    多年以来,低成本的工业网络市场一直由AS-i这一比特总线技术所统治,因为AS-i可以为简单的二进制设备提供廉价的联网方案。AS-i据说目前已经超过了1000万个安装节点。以此为基础,上述两大工业组织在扩展其现有网络进入低成本应用领域的时候,大大减少了工作量。因此AS-i为它们提供了一种现成的解决方案,使其可以通过简单的网关与几乎任何工业网络进行连接。实际上,作为ProfibusProfinet标准的主要倡导者,西门子已经把AS-i作为Profibus下面一层的网络标准方案的一部分了。

IO-Link实现简单设备的智能化

    可以肯定的说,Profibus国际组织的IO-Link技术并非一种工业网络,而是一种简单的协议,能够增强现有工业网络中连接设备间的通信能力。IO-Link使用现场设备和I/O通道间现有的24 VDC电源输入的点对点连线,通过基于通用异步收发器UART的脉冲模块传送更多的数据信息,传输距离可达到15m。这些被传输的数据可能包括过程数据、诊断数据或者是配置数据。借助现有的连线,无论是符合IO-Link规范的设备还是标准的设备,都可以同时运行使用,也即是说IO-Link能够与现有的传统设备和配置兼容。

    一个典型的IO-Link应用需要一个IO-Link主站,例如一个兼容Profibus的远程IO模块就可以作为主站。除了标准的I/O信号,该模块通过脉冲调制过程发送和接收配置数据、诊断数据或增强的过程数据,然后把它们打包到Profibus数据报文中,最后传送给网络主控站,通常是一台PLC。上述应用中,远程I/O的连接保持相同,IO-Link的优势主要在于更大的信息交换能力,这是以前标准I/O设备无法实现的。IO-Link的另一个好处就是通过任何遵从该协议的I/O设备,IO-Link便可应用在任何I/O系统中,包括本地I/O、远程I/O,设备总线或者比特总线。

CompoNet带来高性能和低成本

    CompoNetODVA颁布的第一套非罗克韦尔自动化开发的网络规范。取而代之的是,ODVA的其他成员以及领先的离散传感器供应商Omron公司首先将CompoNet作为自己原有的CompoBus/S总线的物理层,并增加ODVA的通用工业协议CIP作为应用层。CIPODVA其他网络规范,如DeviceNet, ControlNetEtherNet/IP的公共应用协议。通过共享CIP协议,CompoNet可以很容易地集成到现有的CIP架构中,并简化路由信息,缩短今后网络特性的开发时间,如集成的总线安全。CompoNet的目标是完善实际应用中DeviceNet层以下的控制,因为以前用于底层的工业网络可能成本比较高。然而,由于CompoNet的优良特性和更低的成本,它将可能取代现有的一些DeviceNet的应用。

    CompoNet完全是一种新的工业网络,具备完整的独立的拓扑特性、线缆规格和连接器规范。CompoNet现有的拓扑结构包括传统的菊花链结构、星型结构或者主-从总线型结构。利用双芯或者四芯线缆(带总线供电),网段长度可以从30m到最大500m,因此CompoNet可以根据各种机械结构进行不同规模的扩展。该网络数据速率可以从93.75 kbps4Mbps,并能够处理128个位输入/输出从站,64个字节输入或者输出从站,每帧采用44个字节来描述信息。据ODVA宣称,该网络的更新时间仅有1ms,完全满足现代PLC性能的要求,因此CompoNet对于低成本的OEM机械控制应用非常具有吸引力。

    IO-Link不同的是,CompoNet可以看作是对AS-i以前优势应用领域的有力挑战。尽管CompoNetAS-i都具有低成本的特点,但相比较而言,CompoNet的关键优势在于其更佳的网络性能,以及CIP协议的应用。根据ODVA的说法,现在已有很多I/O和现场设备供应商表示出了对支持CompoNet的强烈兴趣,尤其是在欧洲的供应商,都期待能在2006年第四季度发布经过认证的具体产品。

诊断的价值

    任何一种新的联网技术,其真正的价值在于它能够增强和提高现场设备的信息访问能力。现在工厂要求获得越来越多的现场设备信息,而技术让信息更易获得。就制造的产品而言,设备本身的信息与从设备上读取的信息同等重要。几年前,甚至AS-i技术也在诊断方面下了不少的功夫,希望在原来的纯比特级总线的基础上,增加设备诊断、模拟信号通信和发送能力。当然,我们在增强网络技术信息交换能力的同时,不要忘记改进底层网络原来的主要方向,即节省连线成本。

一些用户也许会质疑

    底层应用是否需要诊断。虽然最简单的ON/OFF开关装置也许不需要收发额外信息,但是有一部分离散装置通过增加一点诊断智能可以给应用带来好处。这类离散装置包括具有模拟信号输出的感应式或电容式现场传感装置,以及简单的模拟控制阀。此外,像光幕这类光学传感器装置也可以利用这种诊断能力发送设备状态信息,如镜头的光洁度信息。一直以来,最终用户都无法确定简单执行机构和传感器的诊断成本,因而现在可以通过设备供应商具有诊断功能的产品,确定诊断的成本情况。

    建议:IO-LinkCompoNet为终端用户提供了有价值却又完全不同的解决方案。随着两种技术产品的逐步面市,用户应该重新评价一下自己目前的联网策略,考虑在哪些地方可以利用这些新的解决方案,以最佳地满足未来需求。

    现场设备供应商现在也面临着选择支持哪种新技术的问题。由于有ODVAPI的支持,相信IO-LinkCompoNet都将可能被终端用户所接受。设备供应商需要与自己的客户紧密协作,帮助他们理解如何最大化技术带来的效益。

 

 
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