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2020OEM机械设计技术研讨会云会议
工业以太网

危险区域中的以太网技术

  2020年06月03日  

  过程工业自动化中的以太网技术

  工业以太网在工厂自动化领域知名已久,并且应用也相当广泛。然而,过程自动化工业有其特殊要求,尤其是部分过程可能涉及潜在爆炸性环境,因此不能使用以太网技术。过程自动化行业的特殊性要求包括本质安全、在线配置、冗余设计(实现最大可用性)以及长电缆(工业以太网电缆长度限制为100 m)。在描述过程自动化行业的以太网技术时,区分其在不同分区的可用性非常重要。

  危险2区中的Excom

  图尔克提供可安装用于危险2区的现场总线系统Excom,该Excom系统采用以太网技术,可采集危险1区或危险0区的信号。为了在运行过程中插拔网关的以太网连接器,必须确保网关断电或有动火作业许可。而所有其他组件(如电源、网关或I/O模块等)则可在运行期间更换,无需动火作业许可。

   危险1区中的以太网技术

  从技术层面上来说,在危险1区中使用以太网的难度更大。对于相互连接的设备,必须确保其总功率在一定范围内。如今,许多的自动化企业的都希望能克服这些障碍并开发两线制的本安型以太网标准。通信和电源采用同一线路。未来标准通常指高级物理层(APL)。然而,这些开发成果目前尚不适合在危险1区中进行广泛工业应用(截至2020年3月)。未来,APL应能实现以太网与现场设备的连接。然而,出于成本原因,即使在APL已经建立时,经典的4到20 mA技术和现场总线系统仍将继续共存。

优势:

  平行数据访问

  凭借excom以太网网关GEN,图尔克为过程自动化行业开辟了数字化和工业4.0的全新可能。所有过程、诊断、状态和其他数据都可以通过平行数据通道以足够快的速度传输,而无需反馈至云端或其他IT系统进行分析和评估,因此实现了快速且简单的高效状态监测和预见性维护。而控制器和控制系统则完全不受影响,并受到访问保护。向云端系统的数据传输通过以下方式实现:MQTT、OPC UA、图尔克的加密云协议Kolibri或其他开放式标准。

  现场连接云端

  除了向控制系统发送时间至关重要的用户数据外,excom还可通过平行数据访问向网络中的任意IT系统发送分析数据。然而,建议先分析边缘设备中的数据,然后仅将结果发送至云端。云端可再次作为私有云实施,而无需(现场)Internet或经典访问方式。

  除了支持行业特定的数据可视化功能以及加密云协议Kolibri的云解决方案外,图尔克还提供云硬件,支持通过MQTT或OPC UA将数据传输至较大的云系统。

  冗余设计提高可用性

  利用集成的以太网交换机,可实现简单的线性拓扑结构,而无需外部交换机。使用冗余协议可随时将线性拓扑结构扩展为环形拓扑结构。只需所有工作站都支持MRP(Profinet)DLR(Ethernet/IP)冗余协议。Excom还可建立网关和电源冗余,进一步提高系统的可靠性并支持其他冗余概念。

  Profinet冗余概念

  不同的网络拓扑结构。

  S2冗余表示系统具有2个控制器和1个设备(即excom网关)。master通过主干网进行内部同步,且两者都保持与设备的连接。另外,图尔克还提供带S2冗余的IP67 IO-Link master模块TBEN-L-8IOL。

S2冗余:2个主站和1个网关

  Excom还可映射更高的冗余标准R2。在该冗余系统中,2个master与2个网关建立交叉连接。因此,即使其中一个控制器和一个网关发生故障,也不会造成通信中断。

图尔克的独特冗余解决方案:2个主站和2个

  网关灵活的网络拓扑结构

  网关带内置的2端口交换机,因此可安装在线性结构,如经典的现场总线中。它也支持其他标准以太网拓扑结构,如星形、树形和环形结构。

  多协议

  1个网关,3个协议 – 图尔克的多协议I/O设备可在启动后识别主站,并自动调整为相应的PROFINET、Modbus TCP或EtherNet/IP协议。excom Ethernet利用该可靠标准,可直接结合所有支持EtherNet/IP、PROFINET或Modbus TCP的控制系统使用。

  这些系统包括:

  ● Siemens

  ● Honeywell

  ● Rockwell

  ● Yokogawa

  ● Emerson

  ● Supcon

  ● ABB

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