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工业以太网:流程工艺设备垂直联网的解决方案

2018年12月28日 11:19:05来源:中国传动网作者:wuyue关键词:工业以太网
  工业以太网是一个基于以太网技术标准进行实现所有控制、调节仪器设备自动化技术的高层次概念。因为一般情况下企业已拥有把办公计算机连接成为一个网络的LAN以太网了,而这种网络有可能与工业以太网联网,并且仍然使用LAN网络中产品生产过程中的各种控制和监控设备。但在这样构建一个网络时,所使用的元器件必须符合生产现场的使用要求。因为仪器设备在生产现场的使用要求与办公室有着很大的区别。其中就包括适应恶劣环境的要求,在易燃易爆危险场合Ex-Zone1级的环境中具有自我保护的要求,在一根电缆中能够同时传递辅助能源和信号的要求以及很高的可用性要求。因此,在工业以太网的框架内研发了适合于工业企业工作环境的网络交换机、集线器和分配器。其中也包括在符合DIN标准安装卡槽中的固定技术,包括了更大的工作温度范围、更高的安全保护等级、抗震性和很高的可用性。
 
  工业以太网的应用
 
  有关安全性能的问题,这里重点强调的是自我保护的安全性,以及经济性等方面的问题使得流程工业的用户们在工业以太网的应用中落后于其他工业领域。尽管如此,也成功研发了一些在易燃易爆危险场合Ex-Zone中应用的、免维修的工业以太网方案。一位来自瑞士巴塞尔地区的化工企业负责人对使用这样的解决方案毫不担心。他们在关键产品生产和研发的重要基地中采用了以太网技术。为了把大量的企业经营和生产流程都纳入同一网络中,需要把生产过程中水平的和垂直的信息和自动化技术集成在一起。目标是在统一的物理系统中实现畅通无阻的数据、信息通信。要实现这样的目标使用工业以太网是最合适的,因为它作为一个物理系统能够简单的把自动化控制过程和企业经营管理过程结合在一起。此外,工业以太网也能够使用可靠的现场总线标准的技术协议。
 
  这家工厂的生产设备分布在几个不同的楼层中。现场使用Gecma公司的探险者Panel计算机对那里的流程生产过程进行监控。未来还要使用无线数据传送装置和移动终端。在整个被划分为有易燃易爆危险的Ex-Zone生产区域内,还要求能够实现基于以太网技术的流程工艺可视化。总之,必须保证流程工艺生产系统安全可靠。
 
  安全第一
 
  MTL公司提供的解决方案满足了所有有关灵活性和安全性的要求。使用的设备中包括内置WLAN天线、能够在Ex-Zone易燃易爆危险场合中使用的笔记本电脑。这种坚固耐用的便携式电脑通过远程桌面和合适的人机界面登录服务器。该笔记本可用触摸屏、鼠标或者触摸板进行操作。封装在塑料外壳中、能够在易燃易爆Exi等级的场合中工作的WLAN无线访问接入点分布在流程生产设备中,把所有的工作状态都显示的一清二楚。除了能够作为远程服务器与笔记本电脑之间联系的客户机外,这些接入点还能够很好地防止黑客入侵。
 
  MTL的这种PoEx以太网防爆供电方案的另一个优点是只需一根网络电缆将网络访问接入点连接即可,因为它同时也能够提供辅助电力。分布在流程设备各处的Ex i以太网交换机把WLAN无线访问接入点连接成一个网络,并得到了Ex i以太网安全栅的保护。这些以太网安全栅也具有为分布在流程设备各处的仪器设备提供辅助电力的能力。
 
  Exi安全栅把流程设备处在易燃易爆危险区域内、外的以太网部分连接起来。它有自我保护的限电功能以及服务器发送到易燃易爆危险区域中以太网信号的电流隔离功能。
 
  利用Tofino Security Appliance构成了一个防火墙,也附带使用了网络协议过滤器,保障只有经过授权的登录、访问是有效的。按照这种网络管理方法,只有那些在易燃易爆危险场合中使用的防爆型笔记本电脑才能够通过远程桌面协议(RDP)和应用服务器(HMI人机界面)进行通信。
 
  自2008年以来,系统安装后就一直畅通无阻的工作。尽管一年前还无法想象在流程工业企业的易燃易爆危险区域中利用以太网、利用无线信号传送技术进行通信,但今天已经被以太网的安全保护系统的可靠性所征服。这完全归功于所使用的具有自我保护功能的PoEx以太网防爆供电方案,它不仅能够在Ex-Zone1的易燃易爆无线场合中实现无线通信,而且还可以在连续不停机的流程工艺生产中完成维护保养工作。对于用户来讲具有决定性意义的是:整个无线数据、信息传输系统可构建成为一个具有自我供电保护功能的PoEx自动化系统,从而在今天的流程工艺领域中实现畅通无阻的网络系统。
 
  对话企业:方便用户使用
 
  长期以来,流程工业一直无法在具有易燃易爆的场合中利用以太网技术。在引进了新的安全保护技术后这一状况有了根本性的改变。对此,笔者采访了MTL公司工业以太网产品销售部负责人Ulrich Künzli先生,他对这一技术引进的意义给予了说明。
 
  PROCESS:具有自我保护功能的以太网在流程自动化中有哪些优点?
 
  Künzli:具有自我保护的防爆以太网技术,简称为PoEx技术,只为用户提供了在流程设备中使用无线传输设备(硬件)应用的可能性。今天,在办公应用领域和作为主干网,企业的管理层使用的主要还是以太网。如果能把以太网技术标准落实到生产设备现场,则可为用户带来很大的方便。这使得他们有了统一的硬件设备,也使得网络系统的维护保养更加简单,同时减少了网络硬件的配件库存。
 
  PROCESS:以太网技术中可用的硬件有哪些?
 
  Künzli:传统的以太网设备,例如常规信号(4~20mA电流的模拟仪器设备或者二进制数字仪器设备)设备已经可以利用Remote I/O远程输入输出协议进行工作,已经能够通过以太网对流程设备进行控制。此外,移动式操作和监控设备的WLAN无线通信也能够在这种具有安全保护功能的以太网系统中得到应用。这意味着可以马上开始在流程自动化中使用以太网技术了。用户无需等待具有现场仪器设备接口的以太网技术硬件,而且现场总线仪器设备硬件的生产企业也无需对其产品做任何改动。
 
  PROCESS:您认为这种具有自我保护功能的以太网技术的前途如何?
 
  Künzli:今天,许多专家和供应商们都把工业以太网视为第二代现场总线仪器设备。工业以太网在办公领域和机械生产企业中应用的预言已经轻松的实现了。据ARC公司2005年的一项调查研究,今后五年内工业以太网的增长可超过50%。这种诱人的预测可通过大量现行的以太网技术协议,例如以太网Ethernet/IP,Profinet,Modbus TCP或者FF HSF给予支持。适合于这些技术协议的、能够实现流程自动化的产品几乎可以在2009年度的Achema展会的各个展台上看到。
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