Почему промышленный Ethernet — верный выбор для сетей автоматизации ПЛК
Оглавление
В этой статье представлен тщательный анализ трех основных подходов к построению сетей ПЛК: традиционная универсальная последовательная связь, закрытые фирменные полевые шины и открытый высокоскоростной промышленный Ethernet.
Сетевые ПЛК
По мере углубления промышленной автоматизации, автономные ПЛК модель больше не является достаточной для удовлетворения требований производственных процессов предприятия.
Стабильная и эффективная сеть взаимодействия имеет решающее значение, будь то для синхронизации данных между ПЛК или для совместной работы между ПЛК и хост-системами (например, ЧМИ и SCADA), а также умные гаджеты (такие как робототехника и переменная регулярность диски).
Надежный вариант сетевого взаимодействия особенно важен при решении масштабных задач с рассредоточенными точками управления и необходимостью удаленной эксплуатации и обслуживания.
В настоящее время основные инновации в области сетей PLC можно разделить на три основные группы: основанные на стандартных последовательных портах, фирменных полевых шинах и стандартном промышленном Ethernet. Каждая стратегия имеет свой исторический контекст и сферы применения, однако направление технического развития практически очевидно.
1. Ограничения стандартной последовательной связи
Связь, основанная на стандартных последовательных портах, таких как RS-232 или RS-485, была одним из самых ранних сетевых подходов. Она связывает несколько ПЛК с хост-компьютерной системой через компонент последовательной связи ПЛК, работая аналогично компьютерному соединению.
Преимущества: Он прост в реализации и недорог, что делает его экономически эффективным средством для двухточечных или небольших систем управления на коротких расстояниях.
НедостаткиНедостатки этого подхода очевидны. Во-первых, он обеспечивает низкую скорость; скорость RS-232 обычно ниже 115,2 кбит/с, и хотя RS-485 немного быстрее, этого явно недостаточно для удовлетворения огромных потребностей в передаче информации в современном секторе. Во-вторых, дальность передачи данных невелика: эффективная дальность RS-232 составляет всего около 15 метров. Наконец, он обладает слабой помехоустойчивостью и сложной организацией сети, особенно с увеличением количества узлов. Это требует громоздких программ и настроек, а также делает сеть подверженной электромагнитным помехам в промышленных условиях.
В результате универсальная последовательная связь в настоящее время в основном используется для подключения простых вспомогательных устройств с низкими требованиями к работе в режиме реального времени.
2. Барьеры со стороны поставщиков: эпоха фирменных полевых шин
Чтобы избавиться от недостатков последовательной связи, крупные производители ПЛК, такие как Siemens и Rockwell Automation, внедрили собственные эксклюзивные процедуры полевой шины, такие как PROFIBUS, DeviceNet и CC-Link.
ПреимуществаРазработанные для определенных коммерческих условий, фирменные шины обеспечивают высокую безопасность и детерминизм в реальном времени, гарантируя надежную доставку информации за доли секунды. Это делает их идеально подходящими для приложений управления с замкнутым контуром, где требуется строгая работа в режиме реального времени, например, для управления высокоскоростным движением.
Недостатки: Их главные недостатки — эксклюзивность и высокая стоимость. Процедуры шин разных производителей несовместимы, что приводит к «привязке к поставщику». Как только выбрана конкретная марка ПЛК, последующие устройства разработки (например, приводы и компоненты ввода-вывода) должны быть той же марки или использовать подходящий метод. Это не только ограничивает индивидуальный выбор, но и значительно увеличивает общую стоимость системы и сложность обслуживания. Более того, интеграция полевых шин с корпоративными ИТ-сетями сложна, что затрудняет бесперебойную передачу производственных данных на уровень управления.
3. Будущий стандарт: расцвет промышленного Ethernet
Благодаря глубокой конвергенции информационных (ИТ) и операционных (ОТ) технологий появился промышленный Ethernet, основанный на стандартной технологии Ethernet. В число поддерживаемых протоколов входят PROFINET, EtherNet/IP и Modbus TCP. Это нововведение использует уже готовый набор протоколов TCP/IP в промышленных условиях, создавая открытую, высокоскоростную и масштабируемую коммуникационную платформу.
Архитектура системы: Типичная система промышленного Ethernet обычно делится на три уровня: верхний уровень состоит из станции мониторинга с промышленными ПК или серверами; средний уровень — это сетевая структура, состоящая из промышленных коммутаторов и витых пар или оптоволокна; нижний уровень — это станция управления, соединяющая ПЛК, датчикии приводы.
Основные преимущества
Высокая скорость и большая пропускная способность: Промышленный Ethernet быстро обеспечивает передачу данных со скоростью 100 Мбит/с, 1 Гбит/с или даже выше, с возможностью передачи различных типов данных, включая сигналы управления, диагностическую информацию и потоки видеоклипов.
Открытость и совместимость: Основываясь на общепринятых критериях Ethernet, устройства от разных производителей могут достичь совместимости, если они следуют одной и той же процедуре промышленного Ethernet, разрушая барьеры эксклюзивных шин.
Полная конвергенция ИТ/ОТ: Использование протокола TCP/IP позволяет заводской сети естественным образом интегрироваться с корпоративной офисной сетью (системы ERP, MES), что имеет основополагающее значение для внедрения промышленного Интернета вещей (IIoT) и интеллектуального производства.
Гибкость и масштабируемость: поддерживает множество адаптируемых сетевых топологий, таких как звезда, кольцо и линия, что облегчает подготовку сети и ее будущее развитие.
Мощные диагностические возможности: Он предоставляет обширный набор сетевых диагностических устройств, которые могут быстро определять точки неисправностей, повышая ремонтопригодность системы.
Хотя для подключения традиционных последовательных устройств к сети Ethernet изначально могут потребоваться преобразователи процедур и возникнуть некоторые затраты на оборудование, долгосрочные преимущества и будущая совместимость значительно перевешивают эти первоначальные финансовые вложения.
Основные методы сетевого взаимодействия: сравнительный анализ
Чтобы еще яснее подчеркнуть различия между тремя методами построения сетей PLC, следующая таблица дает полное сравнение:
| Особенность | Универсальный последовательный порт (например, RS-485) | Собственная полевая шина (например, PROFIBUS DP) | Промышленный Ethernet (например, PROFINET/EtherNet/IP) |
|---|---|---|---|
| Скорость связи | Низкая (обычно < 10 Мбит/с) | Средний (до 12 Мбит/с) | Очень высокая (100 Мбит/с / 1 Гбит/с / выше) |
| Расстояние передачи | Средний (до ~1200 метров) | Длинный (зависит от скорости и кабеля) | Очень длинные (100 м по медному кабелю, десятки километров по оптоволокну) |
| Открытость | Хороший | Плохо (привязка к поставщику) | Отлично (на основе стандартных Ethernet и TCP/IP) |
| Стоимость сети | Низкий | Высокий | Средний (стоимость оборудования продолжает снижаться) |
| Возможность ИТ-интеграции | Плохо, требуются шлюзы | Плохо, требует сложных шлюзов | Отличная, бесшовная интеграция |
| Детерминизм в реальном времени | Бедный | Отличный | Отлично (с помощью таких технологий, как RT/IRT) |
| Топологическая гибкость | Ограниченный (автобус) | Ограниченный (автобус) | Отлично (Звезда, Кольцо, Линия и т. д.) |
| Типичные применения | Простые соединения небольших устройств | Управление производственной линией с высокими требованиями к работе в режиме реального времени | Автоматизация на уровне всего предприятия, интеллектуальное производство, приложения с интенсивным использованием данных |
Обеспечьте реализацию своих проектов с помощью совершенно новых, оригинальных ПЛК Omron, Mitsubishi, Schneider — в наличии, готовы прямо сейчас!
Заключение
Анализ ясно показывает, что, хотя стандартные последовательные и фирменные технологии полевых шин играли важную роль в конкретные исторические периоды и контексты применения, их ограничения становятся все более очевидными в новой промышленной революции.
Промышленный Ethernet, благодаря своей исключительной скорости, прозрачности, универсальности и мощным возможностям интеграции ИТ-решений, стал ведущим решением для сетей автоматизации ПЛК. Он не только отвечает современным сложным требованиям к управлению, но и открывает предприятиям путь к переходу на промышленный интернет вещей (IIoT), аналитику больших данных и облачные платформы. Выбор промышленного Ethernet означает выбор более эффективной, масштабируемой и перспективной системы автоматизации.
Связаться с нами
Просто заполните свое имя, адрес электронной почты и краткое описание вашего запроса в этой форме. Мы свяжемся с вами в течение 24 часов.
Эти темы также могут быть вам интересны
3-проводные индуктивные датчики приближения: полное руководство
Хотите понять, как работают 3-проводные индуктивные датчики приближения в промышленной автоматизации? Эти важные сенсорные устройства произвели революцию в современных производственных процессах, обеспечивая надежное бесконтактное обнаружение металлических объектов.
Основное руководство по калибровке датчиков для промышленной точности
Калибровка датчиков является основополагающей частью промышленных измерений, необходимой для обеспечения точности, надежности и безопасной работы на различных технологических предприятиях. Независимо от того, имеют ли место температура, давление или поток, калиброванные датчики предоставляют критически важные данные, которые помогают поддерживать оптимальный контроль промышленных операций.
Релейный выход цифровой или аналоговый? Понимание основ
Реле, хотя и кажутся простыми устройствами, играют важную роль как в нашей повседневной жизни, так и в промышленных приложениях. Но часто возникает вопрос: является ли выход реле аналоговым или цифровым? Это особенно сбивает с толку тех, кто не знаком с промышленным оборудованием автоматизации.