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西门子的工业以太网战略

未知 2019-10-17 15:13

工业以太网市场需求强劲

  工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术,在技术上与商用以太网(即IEEE 802.3标准)兼容,但是实际产品和应用却又完全不同。这主要表现普通商用以太网的产品设计时,在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面不能满足工业现场的需要。故在工业现场控制应用的是与商用以太网不同的工业以太网。

  随着工业控制规模的不断增大,快速、实时的工业网络通信成为现代化制造发展的必经之路。工业以太网在多年来的推广应用中,通过不断解决通讯技术,总线供电技术,远距离传输技术,增强网络安全、可靠性等关键技术,它现在已经可以从信息层、控制层一直延伸到现场设备控制层,能够实现快速实时的工业网络通信控制,为现代工业制造实现真正意义上的E网到底奠定了良好的基础。工业以太网已经被业内认为是未来控制网络的最佳解决方案,也是当前现场总线中的主流技术。

  工业以太网为用户提供的优势是显而易见的:更高的效率、更多的功能和更高的适应性。这可以使得从管理级到现场级的数据通信采用统一的方式,反之亦然。没有了接口互不兼容的问题,就可以在整个公司网络中使用基于web标准的工具。目前市场上主流的工业通信方案还是以现场总线如Profibus、Modbus和ControlNet为主。但随着时间的推移,工业以太网已经渐渐发展进入全球工控自动化的标准通信技术之列。

  在中国经过近十年的以太网市场培育和普及推广,现在从技术、成本、应用等方面已经没有太多的发展障碍,例如在水泥、水/污水、交通、市政、汽车、烟草、物流、电力、石化等行业已经有许多成功的应用;再加上中国传统制造业正走在转型升级的进程中,客户会更加关注精益生产、效率和质量的持续提升、成本的不断降低、快速应对市场的变革以及企业的生产过程可视化等绩效目标,基于开放技术和成本优势的工业以太网将构筑一条在工厂里的数据高速公路,对于实现卓越制造非常重要。所以业界一致认为工业以太网在中国的未来将会呈现高速发展的态势。施耐德电气就曾表示:我们对未来中国市场充满信心,在中国现代工业制造中,我们不仅能实现E网到底,也开始实现Ethernet Inside,我们未来发布的以太网平台就是这两种技术的结合。

  伴随着能源新政、4万亿基建投资计划以及企业技改的进一步落实,中国自动化市场稳健增长。在电力、交通、钢铁、冶金等适用性较强的行业,工业以太网都保持着较好的发展势头。

  有数据显示,截至2009年底,中国在用的各类现场总线安装节点数超过了15,448,000,中国在用工业以太网安装节点数已超过135,000,两者同比均为两位数的增长。中国网络交换设备市场总规模达到8.7亿元,其中交换机和串口服务器市场规模突破了7.4亿元。

推出工业以太网解决方案

  在竞争激烈的工业自动化市场,不断扩充自己的产品线已经成龙头企业的一贯作风。

  此前施耐德电气电气就表示要做工业以太网的坚定支持者。2000年,在整个全球,工业以太网的市场占有率只有11%左右。2009年,其市场占有率已经快速地增长到了48%,这个市场占有率的增长是非常惊人的。自2007年施耐德加入ODVA,施耐德有力地实现了Modbus TCP和相应的Internet IP相互之间的技术方面的融合。实际上这大幅推动了相应的工业以太网在整个市场上的应用。目前,整个工业以太网在整个市场上的占有率已经超过了50%,已经有了半壁江山。

  对于如此庞大的市场,西门子也不例外。4月10日,西门子发布了一款符合WLAN(无线局域网)IEEE802.11n标准且兼容多行业的无线通信产品,该系列产品的数据传输速率可高达450Mbps。新系列产品包括接入点SCALANCEW786和W788,客户端模块SCALANCEW748和IWLAN的控制器SCALANCEWLC711。

  西门子表示,由公司工业业务领域工业自动化集团研发的新IWLAN产品具备高数据传输率,允许大量数据安全且快速地传输。潜在使用领用包括视频以及可视化或语音数据的应用。通过使用带有三个天线接口的MIMO(多输入多输出)技术,SCALANCEW产品可实现远距离和高可靠性的无线通信。西门子研发的新产品不仅适合于自动化环境中的无线通信,在如物流、机场、道路和地下铁路隧道或吊车系统也同样适用。IWLAN的无线数据通信主要用于保护工作人员安全,以及生产制造系统中处理和储存工序的监控。

收购业界数据通信网络系统制造商

  今日,西门子加拿大有限公司宣布,其全资子公司西门子安大略收购有限公司已成功完成对加拿大数据通信网络系统制造商罗杰康(RuggedCom)普通流通股的收购交易。

  罗杰康是一家领先的工业以太网通讯产品和网络解决方案供应商。2011财年罗杰康年收益达到9,400万美元左右,拥有约360名员工,总部位于加拿大安大略省康科德。罗杰康生产的产品主要应用于严酷的环境条件下,例如配电、石油炼制过程或交通控制系统中。

  西门子工业以太网网络组件的产品组合享有高于市场平均值的增长速率。在此之前,西门子在这一领域的生产基地主要在欧洲。罗杰康的产品组合对西门子的工业以太网通讯产品线来说无疑是一种理想的补充,进一步提高了西门子公司工业路由器和开关的供应。西门子(中国)有限公司工业业务领域工业自动化集团总经理王海滨表示:本次收购毫无疑问将会提升中国市场对西门子的认知。罗杰康和西门子的产品线也将在未来几年之内得到更进一步的发展。

业界持怀疑态度

  对于西门子全面实施的工业以太网战略,有业界人士表示工业万兆交换时代目前还没有到来。西门子作为自动化领域的大型厂商控,推出针对集团企业骨干网建设的万兆交换机,其深层次背景是由于西门子之前没有涉及到万兆交换机的业务,以工业万兆交换机产品来开拓新的市场。但站在最终客户的角度,这种需求在目前而言,并非急需的。可能用户会有万兆级的数据传输需求,但那一定是其传统IT部门的业务。工业中应用的任何数据传输,总量尚未达到万兆级。而如果简单理想化的考虑将两台互为冗余的工业万兆交换机放在办公区的IT机房里,就可以解决企业一切IT加控制的数据传输业务,这显然是不符合实际工作条件的。无论出于信息架构角度考虑,还是出于系统安全角度考虑,或是布线问题,都要求在控制层仍有相应的数据交换设备。这就更加减轻了骨干网工业用途的数据传输压力。

  另外,如果真的需要在企业骨干网上实现万兆传输能力,完全可以用商用交换机和工业交换机搭配使用的办法来解决。这种信息化和自动化集成统一的效果并非要体现在集中于一台交换机中,而是在整体系统的操作平台上体现即可。而商用的万兆交换机设备无论从成本还是从技术的先进性上,都是非常成熟的选择。而未来是否在控制层、甚至现场层需要万兆数据传输能力,这应仍是个将来时的话题。

以太网未来的发展方向

  安全增长的重要性

  自从工业以太网能够实现从管理级到现场级一致的数据传输,用户只需要掌握一种网络技术即可,同时,也提高了工作效率。可是,统一的网络结构也因为整体的网络透明度承担了一定的风险。例如:生产线中的机器人的IP地址能被任何工作站操作。因此就必须有一套明确的规则来定义通讯的时间和对象。当然仅在公司的出口端安置一台防火墙来抵制外部的攻击是远远不够的。导致一个致命的错误甚至停机事故的往往是来自内部的误操作,所以分布式安全体系在自动化领域是非常关键的。因为这样,整个系统或系统部件可以被分割为独立的安全单元,各个安全的单元之间通过定义的规则来通信。

  未来网络拓扑结构

  在总线系统中,用户习惯把现场设备使用菊花链连接。因此,自动化厂商现在生产的以太网设备都兼容地支持菊花链技术,或者说,在现场设备上安装2个交换端口(RS232转换器,RS485转换器)。但对比使用独立的工业以太网交换机,其交换成本却随着设备数量的增加而增加。另一个劣势是碰到流量突发时,以菊花链式连接的交换机吞吐量和带宽会受到限制,因为所有的用户不得不通过一条共同的线缆通信。环形连接的重要优势在于一方面减低了布线成本,另一方面能够提高链路可靠性,举例来说,当一处不能正常工作时,通信不受影响。因此必须根据应用和需求来决定到底哪种方式才是合适的。

  让交换机学习自动化语言

  大型的自动化厂商使用它们自己的基于以太网的应用协议,类似于EtherNet/IP,Profinet或Modbus/TCP。这些协议都支持标准的TCP/IP,所以这类应用中,标准的工业以太网交换机也可以使用。SNMP协议已被广泛使用于商用环境中,用于交换机的配置和诊断。然而,自动化中使用的配置工具不支持SNMP协议,因此很难用来配置相应的交换机。所以赫思曼公司开始让交换机学习自动化的语言,将来使用PLC、驱动设备或I/O来配置交换机都会成为可能。对用户来说最大的益处是可以用熟悉的自动化工具配置网络了,并且一张完整的材料单也可以被轻松地创建。

  无线网络提供新的应用可能

  如今无线网络技术(WirelessLAN(WirelessLocalAreaNetworks))被广泛应用在办公环境中。移动性、灵活性、非常易于安装、低成本,无线通信的这些优点,使得这项技术渐渐被应用于工业环境中。现在WLAN越来越多的成为传统有线网络的一种补充。典型的应用是在生产物流的移动终端上,操作和监控生产线或提供在线数据的快速交换。例如预定数据可以从监控中心直接送到仓库的铲车上。

  工业环境不同于商用环境,像以太网中的集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的,而未针对较恶劣的工业现场环境来设计(如冗余直流电源输入、高温、低温、防尘等),故商用网络产品不能应用在有较高可靠性要求的恶劣工业现场环境中。未来工业以太网主干网可采用光纤传输,现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线,对于重要的网段还可采用冗余网络技术,以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。

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