圖1.聯(lián)網(wǎng)工廠(chǎng)中各種參與者應用示例。

 

圖2.從簡(jiǎn)單的模擬傳感器轉向智能傳感器。智能模擬傳感器包括整個(gè)信號鏈和處理單元。

 

以前，連接相對簡(jiǎn)單，將來(lái)自各種系統的模擬傳感器信號傳輸給中央控制器并進(jìn)行數字化處理即可，但是，在工業(yè)4.0時(shí)代，傳感器也開(kāi)始采用數字化技術(shù)。采用能夠集成到復雜網(wǎng)絡(luò )的任何位置的所謂智能傳感器之后，即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )以數字形式傳輸記錄的數據量。如圖2所示，除了實(shí)際測量參數檢測之外，這些智能傳感器將主要的信號調理和處理部分集成在單一封裝結構中。

 

此外，智能傳感器通常已配備了總線(xiàn)接口。通過(guò)對測量參數實(shí)施數字化，能夠以更快速度傳輸更多數據。另一項優(yōu)勢在于信號傳輸更可靠。通過(guò)數字信號傳輸，可以減少甚至完全消除信號變化和干擾。此外，在理想情況下，總線(xiàn)使能傳感器可以通過(guò)即插即用連接至網(wǎng)絡(luò )，意味著(zhù)控制單元會(huì )自動(dòng)檢測到這些傳感器。如果一個(gè)傳感器故障，其他傳感器會(huì )繼續正常運行。

 

但是，所有這些都要求通用、高度可靠、實(shí)時(shí)可用的網(wǎng)絡(luò )從單個(gè)傳感器和執行器擴展至機器，最終擴展到整個(gè)系統。以太網(wǎng)，尤其是工業(yè)以太網(wǎng)，已經(jīng)成為一套重要的通信標準。與以前的現場(chǎng)總線(xiàn)相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有決定性的優(yōu)勢，例如可以在共享傳輸介質(zhì)上高效、同步地傳輸更大的數據量。此外，工業(yè)以太網(wǎng)提供了基于統一基礎構建整個(gè)通信的可能性，通過(guò)實(shí)時(shí)擴展來(lái)補充傳統以太網(wǎng)，以實(shí)現確定性。

 

去年，ADI公司針對此類(lèi)應用推出了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)多協(xié)議(REM)開(kāi)關(guān)網(wǎng)關(guān)芯片系列fido5000。該系列產(chǎn)品使用兩個(gè)支持TSN的以太網(wǎng)端口來(lái)實(shí)現（例如）線(xiàn)形、環(huán)形、星形和冗余星形網(wǎng)絡(luò )拓撲。此外，任何主機處理器都可以通過(guò)其可配置的存儲器總線(xiàn)接口與開(kāi)關(guān)芯片連接。盡管各種標準在不斷變化，由于fido5000 REM開(kāi)關(guān)靈活支持當前的每個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，因此有助于開(kāi)發(fā)人員面向未來(lái)設計新產(chǎn)品。

 

這些優(yōu)勢通過(guò)JUMO Group得以實(shí)現；JUMO Group是一家在全球范圍內運營(yíng)的德國家族性SMB，位于富爾達地區。JUMO面向食品、空調、機械工程、化學(xué)和制藥、包裝以及水和廢水等眾多行業(yè)，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)用于測量、控制和分析物理量和化學(xué)量的多種產(chǎn)品和系統解決方案。在這些行業(yè)領(lǐng)域，隨時(shí)隨地都需要通過(guò)大型網(wǎng)絡(luò )傳輸多種過(guò)程數據。對于fido5000，這是理想應用場(chǎng)景，也是其用于最新的JUMO設計DICON touch的原因所在。

 

JUMO DICON Touch

 

DICON touch是一款2通道過(guò)程和編程控制器，可以通過(guò)TFT彩色顯示屏查看，支持直觀(guān)的觸摸操作。除了提供以前具有的RS-422/RS-485 MODBUS® RTU、以太網(wǎng)和PROFIBUS® DP接口之外，最新款DICON touch還可以與PROFINET控制器連接并與其通信。上述功能通過(guò)集成的fido5000 2端口開(kāi)關(guān)實(shí)現，該開(kāi)關(guān)支持構建簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )拓撲。該網(wǎng)絡(luò )應用具備多種集成特性，包括注冊數據評估、設置配置，以及用于實(shí)現在線(xiàn)可視化的Web服務(wù)器功能；此外，還支持PROFINET實(shí)時(shí)數據交換。通過(guò)認證可保證符合PROFINET標準，并兼容來(lái)自不同制造商的應用。

 

圖3.DICON touch 2通道過(guò)程和編程控制器——首款配備PROFINET接口的JUMO產(chǎn)品。

 

ADI和JUMO建立了長(cháng)期合作關(guān)系。2016年，通過(guò)收購Innovasic，ADI公司擴展了其工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品系列。這使得ADI能夠幫助客戶(hù)實(shí)現一系列工業(yè)以太網(wǎng)應用，與JUMO的合作彰顯了這一點(diǎn)，而這又對雙方的合作產(chǎn)生了積極影響。通過(guò)與JUMO合作，ADI公司從單個(gè)組件供應商一躍成為真正的設計合作伙伴。JUMO GmbH的產(chǎn)品經(jīng)理Klaus Otto表示：“ADI公司是非常不錯的合作伙伴，在我們?yōu)槎嗤ǖ肋^(guò)程和編程控制器JUMO DICON touch開(kāi)發(fā)PROFINET接口的過(guò)程中，為我們提供了極有力的專(zhuān)業(yè)支持。”

 

ADI公司非常重視這種合作伙伴關(guān)系，未來(lái)會(huì )繼續進(jìn)一步擴展。ADI公司展開(kāi)合作的方式，以及利用各自的優(yōu)勢實(shí)現雙贏(yíng)的特點(diǎn)，使其在這些合作伙伴中脫穎而出。例如，ADI公司通過(guò)在早期階段采用最新技術(shù)和解決重大挑戰，為其合作伙伴提供全面的工業(yè)4.0專(zhuān)業(yè)技術(shù)支持。

 

最終，ADI不斷發(fā)展，超越了傳統半導體公司的范疇，打破硅芯片技術(shù)的邊界，并大力投資于軟件、系統專(zhuān)業(yè)技術(shù)和專(zhuān)項技術(shù)開(kāi)發(fā)。這種知識積累與覆蓋傳感器到云的整個(gè)信號鏈的各種精選功能相結合。從系統層面解決各種挑戰。由此加速開(kāi)發(fā)過(guò)程，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。因此，通過(guò)更早開(kāi)發(fā)下一代產(chǎn)品來(lái)提升競爭力。ADI無(wú)論作為被動(dòng)合作伙伴提供幫助，還是作為主動(dòng)合作伙伴，積極提供技術(shù)、經(jīng)驗等支持，都盡力滿(mǎn)足合作伙伴的所有需求。

 

特別是在開(kāi)發(fā)DICON touch過(guò)程中，ADI提供了一種解決方案，能夠滿(mǎn)足基于以太網(wǎng)協(xié)議PROFINET設計所有器件的需求。挑戰在于，需要開(kāi)發(fā)一款能夠為客戶(hù)提供無(wú)數可能的通用型器件。DICON touch采用功能強大的模塊化概念設計：提供簡(jiǎn)單的插入卡和用于標準以太網(wǎng)的集成式PHY，或者提供具有PROFINET功能的外接插入卡。Klaus Otto表示：“開(kāi)發(fā)期間，我們特別關(guān)注單個(gè)PROFINET解決方案，市面上還沒(méi)有具備這些功能的同類(lèi)解決方案。”

 

除了fido5000 REM開(kāi)關(guān)芯片外，在DICON touch開(kāi)發(fā)中還用到了集成式RapID平臺。該平臺展示了以fido5000作為嵌入式設計的完整解決方案。它將fido5000開(kāi)關(guān)芯片、通信處理器、JTAG接口、PHY，以及Flash®、SDRAM和EEPROM等存儲器集成在同一個(gè)電路板上。下一代RapID平臺將采用功能更強大、更節能的ARM® Cortex®-M4處理器作為通信處理器，可根據需要，在該處理器上執行更多處理功能。開(kāi)發(fā)DICON touch期間，JUMO對現有RapID平臺的特性非常感興趣，例如，該平臺提供的常見(jiàn)預認證工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。RapID平臺支持下載所有相關(guān)信息，例如電路圖和布局數據，這大大縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。RapID平臺還提供動(dòng)態(tài)集成web服務(wù)器，可通過(guò)簡(jiǎn)單的方式讀取或更改網(wǎng)絡(luò )參數，以及輸入和輸出數據；DICON touch也具備這一特性。該平臺還可以通過(guò)RMII和I²C接口配置PHY。此外，由于固件已在DICON touch上生成鏡像，因此PROFINET模塊可以在啟動(dòng)時(shí)更新。

 

圖4.基于fido5000的RapID平臺可用作評估套件。

 

所以，RapID平臺針對DICON touch的靈活配置也支持固件更新和網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)。對于DICON touch開(kāi)發(fā)，存在無(wú)限創(chuàng )新可能。例如，電子器件上不會(huì )提供標準閃爍LED，這是PROFINET的一項重要特性。相反，DICON touch的整個(gè)LED顯示屏會(huì )閃爍。

 

開(kāi)發(fā)DICON touch期間，網(wǎng)絡(luò )安全也是一項重要因素。工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò )安全無(wú)法通過(guò)通用型解決方案實(shí)現。而是需要根據系統風(fēng)險評估，采取長(cháng)遠方法。作為安全策略的一部分，ADI公司盡力提高以太網(wǎng)元件的安全性。所以，當前的工業(yè)以太網(wǎng)和TSN解決方案就是該公司安全開(kāi)發(fā)工作的重點(diǎn)?；趂ido5000的RapID平臺補充了多項安全特性，可提供密鑰管理、安全引導、安全更新和安全存儲器訪(fǎng)問(wèn)，以抵御網(wǎng)絡(luò )攻擊。

 

結論

 

ADI利用fido5000系列和RapID平臺，為合作伙伴提供出色的應用解決方案，幫助客戶(hù)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)功能、可靠性和安全性等未來(lái)需求。因此，ADI不僅能為客戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，同時(shí)還提供開(kāi)發(fā)合作或開(kāi)發(fā)支持。這種合作優(yōu)勢通過(guò)新型JUMO DICON touch過(guò)程控制器得到印證。通過(guò)雙方的通力合作，項目如期完成，成功獲得安全可靠的前瞻性解決方案。

 

作者簡(jiǎn)介

 

Thomas Brand于2015年加入德國慕尼黑的ADI公司，當時(shí)他還在攻讀碩士。畢業(yè)后，他參加了ADI公司的培訓生項目。2017年，他成為一名現場(chǎng)應用工程師。Thomas為中歐的大型工業(yè)客戶(hù)提供支持，并專(zhuān)注于工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域。他畢業(yè)于德國莫斯巴赫的聯(lián)合教育大學(xué)電氣工程專(zhuān)業(yè)，之后在德國康斯坦茨應用科學(xué)大學(xué)獲得國際銷(xiāo)售碩士學(xué)位。聯(lián)系方式：thomas.brand@analog.com。

 

 

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