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        2021 IAS展
        工業以太網

        單對以太網(SPE):增強了對傳感器和外圍設備的云訪問

          2020年12月18日  

          就像在Covid-19大流行中發生的那樣,沒有什么比數字化更深入地推動我們的日常生活了。突然之間,一些用于專業商務的工具和方法(例如視頻會議、在線研討和培訓)成為我們新常態的一部分。雖然對數字生態系統和服務的突然增加的需求可以說是一場革命,但制造業的數字化需要更長的時間來加速。經過幾年的政府倡導,它一直在進行中,證明了概念經過驗證的好處并推動了標準的發展。但是,如預測性維護或智能機器人等業務模型所要求的,具有無縫連接的傳感器到云通訊愿望仍然面臨著網絡基礎架構中的一些空白。

          單對以太網(Single-pair Ethernet,SPE)是一項新的計劃,旨在為每個傳感器啟用基于IP的網絡,它通過更細的電纜,較小的插頭和連接器以及較小的空間需求而體現了價值。因此,通過它將傳感器直接集成到IT和云系統中,適合替換傳感器和外圍設備中的許多現有現場總線。

          赫優訊預計2021年單對以太網將在過程工業中被采用,因為以太網基礎設施(尤其是IO-Link)解決了當今數字化工廠面臨的一些挑戰,離散工業預計將在2025年以后出現。從赫優訊的角度來看,毫無疑問,SPE將被采用,從長遠來看會占據一定的市場份額。赫優訊的netX系列網絡處理器提供了一個輕松采用SPE基礎架構,并建立從現有網絡基礎架構到SPE網關的機會,實現遷移路徑。

          數字化的進步和好處

          盡管這被稱為第四次工業革命,但制造業已經在2011年左右開始進入數字化時代。背后的倡議帶有諸如“平臺工業4.0”,“工業互聯網聯盟IIC”或“中國制造2025”之類的標題,其目標是定位和資助計劃,以使用數字方法和技術全面改善生產設施的性能。多家全球咨詢公司分析并稱其為“改變游戲規則,抓住了數萬億美元的機遇”(Accenture,2015年)。

          “需要在嵌入式系統中增加智能并通過智能服務創造價值需求”以及“關鍵的成功因素是用于預測性生產行動和過程透明性的高級分析,成為新的工業范例”(Capgemini,2015)。麥肯錫也在2015年的一次分析中,根據對工業公司進行的100次訪談得出相似結論,即“顛覆性技術將使制造業數字化”,并列出了云技術、高級分析、觸摸和下一級GUI、虛擬和增強現實、先進的機器人技術和增材制造?;谠S多研究數據,他們得出了如下圖所示的價值驅動力:

          因此,市場期望值似乎很高,而且潛力巨大,但是盡管有許多概念得到驗證,例如通過工業互聯網聯盟來推動,但挑戰仍然是如何實現從工廠車間到IT系統的垂直智能生產系統聯網。 經過幾年的研究和探索,我們現在對制造業數字化的需求和利益有更加深刻的理解和普遍共識。從技術上講,OPC UA已成為幫助解決IT與OT世界之間垂直語義挑戰的通用標準。在業務方面,一些組織推動了各個行業的生產系統實現增值的舉措,與2015年的預測相似。赫優訊參與并推動了開放工業4.0聯盟中的計劃和業務模型,我們支持一個開放的共享生態系統,以便通過netFIELD產品和服務,與大型合作伙伴網絡共同提供客戶更有價值的解決方案。然而,將云服務連接到傳感器級別仍然是一項挑戰,單對以太網為解決設備訪問提供了一種可能。

          工業網絡

          從2000年初開始,與這些數字化計劃并行,許多行業將工業以太網作為主要通訊標準,逐漸取代了諸如PROFIBUS、InterBus、CC-Link、Sercos或DeviceNet之類的現場總線系統。以太網的幾種變體已標準化,支持對工廠自動化相關行業(例如汽車,包裝或食品和飲料)中需要的更高帶寬和確定性實時通訊。

          以太網的標準來自不同的自動化公司,并且對MAC和OSI鏈路層上的修改方式不同,以支持實時需求。一些協議基于經典的TCP/IP的以太網系統,另一些協議修改了第3層和第4層,而某些協議則需要對數據鏈路層修改硬件。 IEEE發布了最新的實時以太網系統時間敏感網絡(TSN),針對通用硬件基礎對第1、2和3層的實時功能進行標準化。所有以太網變體都具有將數據從辦公室端連接到車間的能力,并增強了整體效率性能、診斷和可用性。但是,工業以太網的復雜性以及作為菊花鏈或交換機網絡的拓撲限制了其在外圍設備(如傳感器和執行器)中的使用?,F在,通過單對以太網(SPE)的標準化工作,可以解決基于以太網的無縫IP網絡基礎架構中的這個問題。

          開始,汽車工業單條雙絞線對以太網進行標準化。在其車載網絡中,諸如CAN,MOST或FlexRay之類的現有標準在布線和軟件方面的成本太高,標準以太網的布線工作量也相當大,因此,需要找到一種替代現有以太網的通用標準。Broadcom公司通過BroadR Reach進行了首次展示,表明簡單的雙絞線電纜足以在較短的距離內傳輸高速數據。 IEEE采取了著名的802.3以太網協議下的標準化計劃,并將范圍擴展到建筑和其他工業領域,應對那里的類似挑戰。實際上,當針對每個傳感器使用基于IP的無縫網絡時,工業領域中的上述現場總線以及樓宇自動化中的LON、BACnet或Modbus成為重點。

          由于從傳感器到云的垂直集成是數字業務模型的主要基礎,因此增強IP網絡到傳感器的方案很有吸引力:

          增強可見性、診斷和控制

          通過OPC UA通過一種語義訪問所有自動化設備

          一種獨立于供應商的常用工具

          增強可靠性和可用性

          實現預期的質量和維護

          現在,單對以太網通過更細的布線,較小的插頭和連接器以及更少的空間需求體現了價值,適合替換傳感器和外圍設備中大量現有的現場總線。另外,一個關鍵問題是如何在自動化的不同領域進行實際部署。

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