全以太网在整车厂自动化的使用与研讨

跟着国内轿车工业的高速开展，整车厂出产线自动化率不断进步，关于总线长度和速度的依靠越来越高，出产线的长度添加，传统总线的长度瓶颈突显；机器人工位添加、激光焊接、EMS操控、检测、设备安全等关于总线速率和容量的依靠加大，传统总线现已无法彻底满意这类新技术的施行，因而关于高速安全的总线需求量随之而来。

以太网总线介绍

现在整车厂运用最广泛的总线便是P r o f i b u s（Siemens体系）以及Devicenet（Rockwell体系）。以Profibus为例，理论最大传输速率为12MB/s，常用传输速率在1.5MB/s, 主缆传输间隔在200米，超越该间隔就要添加中继器。现在整车厂越来越多运用的EMS（电单轨小车）、高密度机器人工位、视觉检测等关于传输速率的依靠很高，对数据实时性和安全性的要求很高，因而Profibus在这些设备上的运用现已绰绰有余。一起，跟着设备数量增多、出产操控和维护更倾向于实时监控和上位操控，设备联网的要求随之进步。广义上来说，开展计算机归纳办理和操控体系显得越来重要，其代表了“智能工厂”出产经营与自动化的一种新模式，代表了一种新的出产力。综上，关于以太网的呼声随之而来，在克服了传送实时性问题后，以太网用于现场操控现已没有妨碍。结合ERP和MES的传统商用以太网，真实做到了一网究竟，增强了整车厂自动化体系的通明度和简易度

其实两大自动化巨子关于以太网工业总线的推行很早就开端了，Profinet以及Ethernet/IP 便是以太网总线的代表。关于工业自动化运用场合的呼应时刻而言，特别是安全信号，一般最少需求5-10ms，关于高功用的同步运动操控，特别是在100个节点以上的伺服运动操控运用场合，实时呼应时刻要求低于1ms。考虑到这种实时性的要求，有必要对传统的以太网协议进行改进才能够满意现场要求。以Rockwell的Ethernet/IP为例，在TCP/IP之上附加CIP协议，在运用层进行实时数据交流和运转实时运用，CIP的操控部分运用实时I/O报文或隐性报文。CIP的信息部分运用报文交流，也称作线性报文。Ethernet/IP能够用于处理多达每个包1500个字节的大批量数据，它能够预告方法办理大批量数据，芯片制造商添加一个“加快”线路到以太网芯片，然后将功用改进到500mus的精度。正是依据这种实时性，工业以太网得以满意自动化运用场合。

以太网总线的优势

由此可见，实时高效正是以太网带来的优势，简略来说便是咱们期望在一根网线上处理一切问题。工业以太网除了能够满意轿车厂关于现场总线的实时性、安全总线以外，比较于其他类型的现场总线，工业以太网在网络拓扑上愈加灵敏、便利。工业以太网除了能够组成星形网络和总线型网络以外，带有数据交流功用的网络适配器还使得整个工业以太网能够组成设备级环形网络，这样，即便网络中的某一点产生断路，网络上的节点数据依然能够经过更改路由方向经环形网络与网络就任一其他节点交流数据。咱们从恣意一个节点，拜访整个操控体系多个网络之间，请参阅图2。

典型以太网总线的运用讨论

依据整车厂运用中的特色，咱们选取一些典型的设备来讨论一下以太网总线的计划比照传统总线计划的优势。

1、机器人工位：以焊装车间一个高自动化工位（包括两个机器人工位，每个工位6台机器人）为例（见图3），PLC经过总线与现场I/O、变频器以及机器人进行信号机安全通讯，一起机器人、焊机、Watersaver、涂胶机等需求进行以以太网通讯。现场通讯品种多，需求PLC、机器人进行中转，信号传输速率受到影响，布线、编程也相对杂乱，在运用了以太网总线之后，上述一切设备都能够直接以以太网衔接到交流机进行无缝通讯（见图4）。

2、EMS电单轨小车以太网运用：在高速可调、灵敏柔性的运送体系中，EMS是不贰的挑选。因为每个小车都有一个操控器，且一个体系中一般都有上百个小车，这么多操控器一起进行通讯，传统总线会存在延时，对体系的安全呼应存在较大的危险。在选用以太网传输之后，EMS体系的长度不受约束、小车运动的信号实时传输不受影响，定位数据能够实时呼应，甚至能够额定添加小车视频高清数据的传输，极大的便利了维护操控人员的监控。

整车厂以太网总线规范化讨论

为了保证工厂自动化体系下全以太网计划的无缝衔接，需求规范以太网的施行规范，下文将举例说明（其间cell交流机表明工位层的2层交流机，Zone交流机表明3层交流机）

1、 PLC至少具有两块以太网卡，一块衔接上位机体系，一块衔接自动化体系，设备层选用星形或许总线形拓扑结构与Cell交流机相连，为保证安全，一套PLC下一切设备与交流机为同一个VLAN，IP地址不路由到Plant交流机；

2、 单个Cell中的Cell交流机层组成环网衔接，Cell之间经过Zone交流机或许PNPN coupler（仅Siemens体系）进行衔接通讯，Zone交流机选用三层办理型网络交流机，能够为每个Cell区分不同的VLAN；

3、 假如装备修理工作站，则须装置以太网办理软件、PLC编程软件等。经过运用以太网办理软件，对网络进行办理维护；

4、 为保证安全，以太网IP地址设置运用B类地址，例如172. DD.AAB.CCC；

5、 操控运用需求100%的时刻衔接到网络。被连入操控网络的其他网络搅扰会引起进程延时和操控信号丢掉。出于这个原因考虑，操控网络有必要与工作环境与因特网阻隔。经过运用网关，防火墙，路由或许恰当的安全软件来供给恰当的网络安全；

6、 以太网电缆结构、长度等要求能够参阅ODVA、PI安排的白皮书；

7、 Cell交流机到zone交流机的衔接有必要运用2个上位口衔接（冗余）；

8、 交流机与交流机之间的衔接有必要运用穿插电缆除非交流机具有自适应功用；

9、 PLC\HMI\机器人\焊机都选用独自网线与cell switch星型衔接，其他双以太网口设备（如IP67模块\阀岛\IP20模块等）可选用菊花链方式与cell switch衔接，但cell switch一个端口至多接10个以太网设备；

10、 快速衔接的运用需求设置独立的PLC以太网模块，（如Opengate、压机换模等）。一个以太网卡在线快速衔接的节点不能超越20个。

当然，以太网施行中的规范远不止这些，需求更多规范和施行经历的支撑，信任跟着该计划的推动，各整车厂会构成合适自身的全以太网标。

以太网运用远景及展望

因为竞赛剧烈，国内市场的需求胀大，国内的轿车出产厂家正在不断地扩展出产规模，车型也必将不断地移风易俗，以太网总线的运用也在迅速开展，图6十分清晰的说明晰以太网节点数量正在迅速增长。

以太网的运用不只限于此，比如无线以太网、光纤以太网、IP67交流机等都能够作为新技术、新计划引进到现场，然后改进甚至彻底改动自动化的柔性出产设备的方式。作为国内的整车厂企业，应该捉住这个时机学习国外的先进技术与办理，不断地进步自身的技术水平。不只从以太网自身，也从各类外部运用中下手，加强本地化运用和自主知识产权的维护，优化甚至规范化全以太网在体系的运用，以便进一步降本增效，完成企业利益的最大化。(end)