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菲尼克斯电气:全力推进工业以太网 实现“一网到底”

2019-05-25 11:47编辑:admin人气:


  菲尼克斯电气(PHOENIXCONTACT)曾经发明了世界上第一条现场总线。而今的她基于主流工业现场总线/工业以太网技术的各种创新产品正是其极具市场竞争力的核心产品系列之一。对于高性能工业网络的发展趋势,来自菲尼克斯电气的专家会持有什么样的观点呢?不久前,菲尼克斯(中国)投资有限公司CIS事业部自动化市场经理赵春风在接受记者的相关采访中,围绕此话题做出了颇为完整的阐述和解读。

万兆级工业交换机有可能出现吗?

  作为工业以太网的关键性网络产品之一,工业以太网交换机的推陈出新与工业以太网技术的发展一样迅猛,而菲尼克斯电气的工业以太网交换机在业界具有良好的声誉。如果站在工业以太网交换机的快速发展形势上,去讨论最强性能,那未来会不会有万兆级别的工业交换机的出现可能呢?(所谓万兆交换机,有的称为10千兆、或者10G交换机(1G=1000Mbyte/s)的叫法,其关键性指标为交换机的带宽,即数据传输速率控制工程网版权所有,是指其总的数据交换能力,以字节/秒为单位。)

  我认为会用到的。赵春风经理肯定地回答。究其理由,他说:现在的工业以太网已经较原先有所不同,基于早先的工业以太网,大家只是看到管理层跟控制层之间通过以太网相互传输数据,而今的以太网从技术上已经深入到了现场层,也就是我们常说的一网到底的概念。为什么原来不能达到的效果现在能做到了呢?这主要是因为早先的工业以太网中的冲突检测机制保证不了以太网的实时性,这在现场层是个关键性指标。

  赵经理说,但是现在这个难题已经被解决了,特别是现在先进的高性能网络响应时间已可做到低于1毫秒,这完全可以适用于现场层的各种具体需求了。

  据赵春风介绍:如果要全力推进工业以太网,实现一网到底,那么一网到底之后的衍生结果就是网络的数据量会随之增大,甚至激增。因为传统以太网技术可承载的应用本身就非常丰富,现在工业中提出的新的鲜明需求,那就是用户希望把原来很多的视频监控信号、音频信号等等,都集成到同一个网络中去,而这个网络必然是兼具高性能、开放、技术成熟等多种优势的工业以太网莫属。然而,一旦多种应用并入单一网络,尤其是面对较高清晰度的实时视频数据流传输时,在网络拓扑中,10M或者100M的主干网肯定就无法胜任了,甚至千兆的主干网都可能存在不能完全满足特定需求的问题。现在基于千兆以太网网的解决办法叫链路聚合,即我们把4个1G带宽的网络端口并联起来,行成4G的带宽,从而解决带宽的问题。

  网络中数据量的大小,取决于网络上需要连接着什么样的应用,比如目前的越来越多的用户需要将工业控制网络向上连接到企业的MES系统、ERP系统,它的数据量是比较大的。特别是我们遇到有客户希望把现场层的那些视频监控信号、音频信号集成到单一网络中,这样各种数据在同一种介质中传输,构架组建简单、维护方便,而且由于以太网所特有的开放性,对于用户各种扩展性的需求,可以很容易地集成,这样一来,对于带宽要求自然越来越高。如果现在我们以发展的眼光看待这个问题,对于万兆带宽的工业以太网络是否有应用市场这个问题,答案一定是肯定的!剩下的只是时间问题而已。赵经理告诉记者。

高速响应I/O确保工艺实时性需求

  工业交换机的带宽增加了,也是就单位时间数据吞吐量增加了,那这种高带宽工业以太网系统的表现就可突破瓶颈,从而高枕无忧了吗?不一定,也许我们还要考虑控制网络系统中的其它相关细节,比如I/O。I/O模块的响应速度也是保障现场设备实时性控制需求的关键因素之一,对此赵春风经理解释说:这是因为现在用户端的设备速度越来越快。设备的速度快了,整条生产线的生产节拍就快了。在自动化的生产线上,执行机构的运动执行速度快,相应的控制信号响应起来也要加快。这是需要变化的一个方面,另外一个方面,采样速度也在加快,因为监控设备进行信号采样时,根据香农(Shannon)采样定律(又称奈奎斯特(Nyquist)定律),采样信号频率低于所分析信号的最高频率的两倍时,就会引起频率混淆现象,造成信号的失真。有效的解决办法之一就是提高采样频率,使采样频率大于两倍的分析信号最高频率,就可以实现对信号的完全重构。然而,很多机械设备本身就是高速设备,如印刷设备,某些电子设备,或电子芯片制造设备,这样的结果就是采样频率要在快上加快,高速响应给I/O模块提出了更高的要求,和更大的挑战。

  据赵经理介绍:菲尼克斯电气开发了一款目前世界上最快的I/0系统AxioLine实时I/O系统。它的最大特点就是基于PROFINET/PROFINET-IRT技术,实现高速的实时响应。 人眨一下眼睛需要300毫秒左右,1秒钟内可以连续眨三下眼睛,然而,当人眼眨一下时,菲尼克斯电气公司的AxiolineI/O系统已完成了对30万个采样信号的扫描。

网络安全新形势

  新技术的推广应用带给人们新的机遇,也伴随着新的挑战,工业网络技术的发展与推广也遵循这个规律。随着工业以太网应用的普及,很多从来没有过的先进优势都逐步体现出来了,但是相关的新问题也随之浮现,其中必须重视的就是网络的信息安全问题。国外已经出现了黑客通过外网入侵控制网络的个案,黑客通过远程控制对生产设备管理造成破坏、或混乱,潜在的损失可能非常巨大。

  对此,赵春风告诉记者:现在我们跟有些国内的专家也在对此进行探讨,以前工业网相络对比较封闭,没有引起太多人的关注,但是现在的情况就不同了,工业网络越来越开放控制工程网版权所有,越来越普及。我们可以通过互联网,轻松地完成远程监控、设备维护、数据浏览、上传下载,乃至远程操作的任务。在工作日益显得高效、且轻松惬意的同时,所有的工厂底层数据信息也被暴露在互联网的网络上了,这应该说是一个潜在的安全危机。在工业以太网上增加硬件防火墙对控制网络的登录、底层数据的加密、非授权数据访问的防护、应用操作进行权限分级管理应该是目前有效的办法,菲尼克斯的Mguard系列工业网络防火墙产品在多个行业上成功应用,确保了工业网络的安全。此外Mguard产品通过VPN等技术,可以很方便地实现远程监控和系统维护等应用。

  然而,随着工业以太网的普及,越来越多人会了解工业网络安全、乃至重视它。以太网的协议机制决定了它是非常透明化的。我们不能避免有不法分子、或好事之徒想方设法想利用非法手段入侵到工业以太网的内网中。对此的应对之法,我想:除了技术上解决方案的不断丰富,企业对于这方面的保护意识的提高,也是至关重要的。由此我们可以认为,工业网络信息安全问题已不仅仅是个技术层面的话题。

无线技术快速、全面发展

  现在工业的无线网络技术越来越得到大家的使用和认可,赵春风经理对此也很有感触。据他介绍,菲尼克斯电气可以提供的无线技术解决方案非常多,而总体上体现在四个技术面:WLAN、蓝牙(Bluetooth),和一种名为TrustedWireless菲尼克斯电气自主知识产权的无线技术,还有就是GSM/GPRS乃至目前的3G无线通讯技术,也就是我们平常说的手机上网的技术。对于无线网络技术,赵经理的观点是:不同的无线技术各具特色,其优势的应用领域也不尽相同。

  首先,从菲尼克斯电气的无线技术应用业绩来看,老牌的蓝牙(Bluetooth)技术市场应用需求仍是在不断扩大的。赵经理总结蓝牙技术的优势特点在于:它的每一个通道占用的频段带宽比较少,响应速度可以满足工业现场的I/O扫描速度,因为它传输48bit的数据,响应时间只需10个毫秒,就是扫描48个输入,或者输出点,只有10毫秒就够了,这是非常快的,对于现场的大多数I/O信号来说是足够的。赵春风经理认为:我觉得蓝牙技术最适用的应用场合就是机械设备,因为在机械设备上的信号采集及传输量需求不是非常大,也不占用很大的带宽,而蓝牙的响应速度是足以保证机械设备完成指定执行动作的。

  在面向下一代的无线以太网的产品中,菲尼克斯电气将在2012年提供支持IEEE802.11.n技术的新型无线以太网产品,对此通讯标准的支持,就意味着菲尼克斯电气可以为工业用户提供300Mbyte/s带宽的工业级无线数据网络产品了。

  另外,如果工厂企业要实现基于无线技术的远程监控和维护功能,赵春风经理认为:此时若采用2G的GSM/GPRS技术,就会因为带宽小,反应速度显得非常慢;而若改用3G技术则这个问题就迎刃而解。另外赵春风经理还特别指出一个名为TrustedWireless的技术,这个菲尼克斯电气自主知识产权的专有无线数据传输技术非常值得推荐,其特点是设备灵敏度高,无线信号传输距离很远,可达10公里以上,适合传输一些简单的I/O信号,非常适用于长距离、大范围的无线设备监控。据赵经理称,菲尼克斯电气在国内有很多这样的应用案例,比如在山上的有若干个水泵监控信号要传递到山下附近几公里的地方,采用这个技术传输效果非常理想。

  赵经理还透露,工业级的无线以太网系列产品,除了可以达到IP65防护等级,是一个很能体现产品品质保障的指标外,有些不明显的特性在实际环境条件下,作用同样显得至关重要,比如快速漫游特性。当无线接收终端处于移动状态时,如与其通讯的WLAN基站信号不好时(信号强度低于某一设定阀值时),接收终端会自动切换到能搜索到的另外一台,处于同一网络的WLAN基站的信号上,这就是所谓漫游技术。普通的漫游速度在50-500毫秒之间,而菲尼克斯电气的WLAN产品快速漫游能做到10毫秒-50毫秒的超快速切换,用于满足更为严格的工业需求。

  值得一提的还有多级桥接技术提高无线网络覆盖距离和范围。就菲尼克斯电气目前所能提供技术和产品而言,可以做到多达8级的无线设备桥接,可令无线网络覆盖范围更加宽广,并确保应用环境信号不互相干扰。

  综上所述,带宽更宽,响应更快,信息安全问题开始突显,无线技术快速发展,这正是菲尼克斯(中国)投资有限公司的EIT部自动化市场经理赵春风先生对高性能工业控制网络发展前景的描述。正如赵经理所言,需求是驱动技术发展的最大动力,很有可能,我们很快就能看到更多前瞻性应用的优异表现,以及更进一步的技术演进了。

(来源:未知)

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