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    2020OEM機械設計技術研討會云會議
    工業以太網

    危險區域中的以太網技術

      2020年06月03日  

      過程工業自動化中的以太網技術

      工業以太網在工廠自動化領域知名已久,并且應用也相當廣泛。然而,過程自動化工業有其特殊要求,尤其是部分過程可能涉及潛在爆炸性環境,因此不能使用以太網技術。過程自動化行業的特殊性要求包括本質安全、在線配置、冗余設計(實現最大可用性)以及長電纜(工業以太網電纜長度限制為100 m)。在描述過程自動化行業的以太網技術時,區分其在不同分區的可用性非常重要。

      危險2區中的Excom

      圖爾克提供可安裝用于危險2區的現場總線系統Excom,該Excom系統采用以太網技術,可采集危險1區或危險0區的信號。為了在運行過程中插拔網關的以太網連接器,必須確保網關斷電或有動火作業許可。而所有其他組件(如電源、網關或I/O模塊等)則可在運行期間更換,無需動火作業許可。

       危險1區中的以太網技術

      從技術層面上來說,在危險1區中使用以太網的難度更大。對于相互連接的設備,必須確保其總功率在一定范圍內。如今,許多的自動化企業的都希望能克服這些障礙并開發兩線制的本安型以太網標準。通信和電源采用同一線路。未來標準通常指高級物理層(APL)。然而,這些開發成果目前尚不適合在危險1區中進行廣泛工業應用(截至2020年3月)。未來,APL應能實現以太網與現場設備的連接。然而,出于成本原因,即使在APL已經建立時,經典的4到20 mA技術和現場總線系統仍將繼續共存。

    優勢:

      平行數據訪問

      憑借excom以太網網關GEN,圖爾克為過程自動化行業開辟了數字化和工業4.0的全新可能。所有過程、診斷、狀態和其他數據都可以通過平行數據通道以足夠快的速度傳輸,而無需反饋至云端或其他IT系統進行分析和評估,因此實現了快速且簡單的高效狀態監測和預見性維護。而控制器和控制系統則完全不受影響,并受到訪問保護。向云端系統的數據傳輸通過以下方式實現:MQTT、OPC UA、圖爾克的加密云協議Kolibri或其他開放式標準。

      現場連接云端

      除了向控制系統發送時間至關重要的用戶數據外,excom還可通過平行數據訪問向網絡中的任意IT系統發送分析數據。然而,建議先分析邊緣設備中的數據,然后僅將結果發送至云端。云端可再次作為私有云實施,而無需(現場)Internet或經典訪問方式。

      除了支持行業特定的數據可視化功能以及加密云協議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將數據傳輸至較大的云系統。

      冗余設計提高可用性

      利用集成的以太網交換機,可實現簡單的線性拓撲結構,而無需外部交換機。使用冗余協議可隨時將線性拓撲結構擴展為環形拓撲結構。只需所有工作站都支持MRP(Profinet)DLR(Ethernet/IP)冗余協議。Excom還可建立網關和電源冗余,進一步提高系統的可靠性并支持其他冗余概念。

      Profinet冗余概念

      不同的網絡拓撲結構。

      S2冗余表示系統具有2個控制器和1個設備(即excom網關)。master通過主干網進行內部同步,且兩者都保持與設備的連接。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個主站和1個網關

      Excom還可映射更高的冗余標準R2。在該冗余系統中,2個master與2個網關建立交叉連接。因此,即使其中一個控制器和一個網關發生故障,也不會造成通信中斷。

    圖爾克的獨特冗余解決方案:2個主站和2個

      網關靈活的網絡拓撲結構

      網關帶內置的2端口交換機,因此可安裝在線性結構,如經典的現場總線中。它也支持其他標準以太網拓撲結構,如星形、樹形和環形結構。

      多協議

      1個網關,3個協議 – 圖爾克的多協議I/O設備可在啟動后識別主站,并自動調整為相應的PROFINET、Modbus TCP或EtherNet/IP協議。excom Ethernet利用該可靠標準,可直接結合所有支持EtherNet/IP、PROFINET或Modbus TCP的控制系統使用。

      這些系統包括:

      ● Siemens

      ● Honeywell

      ● Rockwell

      ● Yokogawa

      ● Emerson

      ● Supcon

      ● ABB

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