将机器连接到现场总线和工业以太网的五种方法
好的，假设您已经为工业自动化市场构建了最好的机器。每个人都对你的发明感到疯狂，你会收到来自世界各地工厂的请求。
问题是所有工厂都使用在不同网络上运行的不同工业控制器，您的机器需要连接到所有这些控制器。如何以适合您机器的方式建立多网络连接？
好吧，您可以先阅读本指南，其中介绍了连接到工业网络的六种方法、它们的优缺点以及需要考虑的关键事项。或者，您可以跳到最后，联系我们，我们将帮助您选择最佳选项来启动和运行。
1. 使用外部协议转换器（网关）
网关是转换网络协议的独立设备。如果您不想对机器的软件和硬件进行任何更改，这是您的选择。您只需将机器连接到网关，即可与任何工业网络进行通信。
网关是迄今为止将自动化产品连接到工业网络的最快、最简单的方法。用户友好的网关提供基于 Web 的配置软件来设置连接，这意味着无需编程。配置可以保存和重复使用，从而进一步简化安装工作。您甚至可以通过使用自己的徽标、产品名称、商品编号或颜色自定义网关来创建独特且个性化的外观。
但是，与嵌入式替代方案相比，网关确实存在一些缺点。由于它们是独立设备，因此不适用于需要嵌入式通信技术的产品。它们仅提供一般功能。而且它们更昂贵，因此它们不是大批量生产的自动化设备的理想选择。
总结
最快速、最简单的连接方式。如果您只需要连接少量产品，并且不需要集成解决方案或高级功能，网关是最佳选择。
2. 插入完整的通信模块
嵌入式通信模块是工业市场中最受欢迎的多网络连接选择。为什么？因为这是公司提供能够连接到工厂网络的产品的最简单方法，而无需投入太多时间或精力来开发所需的技术。
要使您的机器能够与模块通信，您需要添加一个带有连接器的机械和电气主机插槽，并进行必要的软件调整。软件调整允许主机与模块通信，而模块管理与相关网络通信所需的网络堆栈。之后，您只需将模块连接到主机插槽，即可启动并运行。最好的事情是什么？您只需将模块换成为新网络设计的模块，即可将您的设计重新用于不同网络的未来实现，即使物理接口和网络连接器完全不同。节省您的时间和金钱。
领先的通信模块制造商只需插入新模块即可连接到 20 多个网络。甚至可以在您的场所插入所选模块，从而简化物流。最好的通信模块针对不同的网络进行了预认证，减少了您与网络组织的认证工作，增加了第一次尝试通过的机会，避免多次前往测试实验室，从而节省成本。
对于工业以太网网络，某些模块允许您通过简单地下载特定网络的固件，将相同的硬件重复用于不同的网络。想要连接到另一个网络？只需下载另一个固件包。
还有一些选项可以提供更好的网络安全保护。
嵌入式通信接口（选项 2-5）提供比独立网关更多的功能，因为它们将数据作为具有不同数据类型的变量传输。
可插拔通信接口（如模块或可插拔模块）允许制造商仅在最终客户特别要求时才添加工业网络连接。如果需要，模块或可插拔模块可以在最终组装过程中使用所需的网络协议进行安装，甚至可以留给最终用户稍后插入。
那么，缺点是什么呢？该模块可以快速实现，因为它在预定义设计中包含硬件、软件和连接器，但这也意味着设计可能不符合您的需求。例如，如果您需要某些连接器或 IP 外壳，则板式或片式接口可能更适合您的应用。模块的价格也高于其他嵌入式通信接口（选项 3-6）。
总结
将多网络连接嵌入到您的机器中的完整解决方案。如果您需要一个具有快速上市时间的内置通信接口，则是最佳选择。
3. 插入现成的通信板卡
可插拔模块与通信模块有许多相似之处，因为它包括硬件、软件、高级功能，并提供支持任何主要网络并提供一流网络安全保护的版本。同样，可以重复使用相同的硬件并根据需要切换网络。
但是，需要考虑一些关键差异。首先，将可插拔模块手动连接到您的产品载板上，使其成为完全嵌入式的。当空间有限或需要提供 IP 等级认证保护时，这尤其有用。其次，您可以添加自己的连接器，从而为您提供更多的设计自由度，以便根据您的特定需求定制接口。
可插拔模块比完整模块更便宜，通常用于大批量运行的产品。
缺点？与模块相比，模块的实现时间更长，因为您需要添加连接器和外围组件，然后将模块安装到您的产品上。自己添加连接器还意味着您有责任确保接口满足 EMC 要求，这可能很棘手。虽然模块提供了更大的设计自由度，但这也意味着如果您想为其他网络或产品添加连接，则可能需要调整设计以适应不同的物理接口。
总结
在可插拔模块中包含软件和硬件。如果您需要大容量、需要特定的网络连接器或保护类，并希望支持任何网络或提供一流的安全性，则是最佳选择。
4. 焊接现成的通信板卡
也可以将通信接口作为设备内的单独组件焊接在设备上。与可插拔模块类似，焊接模块包括硬件、软件、高级功能，并且由于它是完全嵌入式的，因此您可以添加自己的网络连接器。
然而，与可插拔板卡相比，焊接板卡具有几个优点。它体积缩小了 30%，节省了高度和深度空间，并且具有许多制造商喜欢的矩形形状。它更便宜，使其成为低成本产品的可行选择。焊接后，无需在通信接口和载板之间使用连接器，从而降低成本并简化生产。它还可以与保存在文件系统中的所有基于以太网的网络一起交付，或者使用特定网络进行预设。最后但同样重要的是，它以磁带和卷盘格式交付，从而使自动化生产成为可能。
弊端？由于占用空间小，它缺少模块和可插拔模块中的快速内存映射通信接口，这意味着 SPI（串行外设接口）的性能必须足够。虽然其焊接式设计带来了许多优势，但这也意味着在制造过程的后期更换或安装并不容易。目前，它仅支持工业以太网网络，因此无法连接到现场总线或 IIoT 网络。 此外，它们缺乏某些模块和可插拔板卡型号中可用的高级安全功能。
总结
焊接的现成通信接口，包括软件和硬件。如果您想实现自动化生产或空间有限，则是最佳选择。
5. 围绕通信芯片定制您的解决方案
通信芯片由一个网络处理器组成，网络处理器将处理器从通信任务中卸载出来，以及连接到不同网络所需的软件。使用芯片，您可以完全按照自己的意愿围绕芯片设计硬件。
通信芯片有几种类型。有些或多或少是空壳，您可以在其中添加软件堆栈并从头开始执行所有操作，因此，它们与构建自己的连接解决方案非常相似（下面的选项 6）。
另一方面，有些芯片加载了用于多网络连接的软件，一旦芯片就位，您就不必担心网络升级和维护。后一种类型将节省您的时间，因为每当网络组织更新其网络或有新功能可用时，您都会收到软件更新。
对于工业以太网网络，您可以使用相同的芯片并下载不同的软件以连接到所选网络（如选项 1-4）。
如果您制造大量产品并希望最大限度地降低成本，芯片是一个不错的选择，因为您可以围绕芯片选择组件和设计。但是，它需要在整个过程中做更多的工作。要成功完成设计，您需要培养网络通信、硬件和连接器方面的专业知识。您需要采购所有必需的组件并处理物流。与使用更现成的选项相比，您必须进行更多的内部测试。最后，您需要维护所有组件以确保芯片继续按计划工作。如果任何组件达到其使用寿命，您将需要寻找替代品、更新您的设计并重新测试。
总结
芯片为您提供了很大的灵活性，但在设计阶段需要更多的工作。
6. 从头开始构建您自己的连接解决方案
如果您想完全控制您的连接解决方案，这是您的选择。您必须自己设计和组装必要的硬件。您需要使用堆栈等开发自己的软件，以实现机器与网络之间的通信。您还需要在内部构建有关所选网络的专业知识，以便为您提供工业网络和连接所需的知识。
缺点是这需要大量的时间和资源，您需要从您的核心竞争力（开发有史以来最好的工业自动化机器）中获取这些时间和资源。您必须跟上网络更新、维护和后续的重新设计工作，并且每当您收到连接到新网络的请求时，您都必须从头开始。
对于生产大量只需要连接到单个网络的产品的公司来说，构建自己的连接接口可能是可行的。然而，生产规模较小或需要多网络连接的公司通常会发现，开发定制解决方案并不划算，因为它需要大量投资，并且会占用其核心业务中的太多资源。
总结
内部设计让您可以完全控制，但它需要大量资源。
自制还是购买？
您必须做出的最大选择是是在内部开发网络连接解决方案（选项 6）还是使用提供商（选项 1-5）。内部连接解决方案可能会准确地为您提供您想要的（至少在理论上）。 但是，您将花费大量时间和资源来设计、验证和认证您的解决方案，然后您必须自己维护每个部分。如果您想连接到新网络，则必须从头开始，了解新网络，创建新硬件并开发软件。因此，您要支持的网络越多，开发和维护所需技术的时间就越长。
借助现成的选项（网关、模块、板卡和一些通信芯片），您可以获得涵盖网络连接所需的所有层的统一解决方案。您不必担心硬件、堆栈或网络认证的更新，因为您的提供商会维护该解决方案。最重要的是，通过切换产品很容易连接到另一个网络（对于以太网网络，您甚至可以使用相同的硬件，只需为相应的网络下载新软件即可）。
如果您只需要连接到一个网络，则自己开发和维护网络连接可能是可行的。但是，一旦您需要连接到两个或多个网络，复杂性、成本和对资源的需求就会增加，从而使开发自己的解决方案变得困难且成本高昂。
简而言之，不要低估为新网络添加连接或维护通信解决方案的硬件和软件（包括网络规格）所需的工作量。
控制
另一个需要考虑的方面是您想要多少控制权。如果您设计自己的解决方案，则可以最大限度地控制自己，而不必过于依赖供应商，但这也会增加成本以及开发团队所需的资源。
计算机与网络之间的数据传输速度（延迟）
您需要确保您的连接解决方案满足要求。对于某些应用中的某些机器，这些要求很低，例如每天自动启动和停止电机几次。然而，其他机器，例如同步驱动器和运动机械，需要以尽可能少的延迟进行几乎瞬时的数据传输。
如今，现成的通信解决方案在网络和主机之间提供了非常低的延迟。一些高端解决方案在每个方向上提供高达 1500 字节的数据传输，延迟低至一微秒。
支持特定于网络的功能
工业网络的复杂性和功能差异很大。虽然 PROFIBUS 等强大的 I/O 总线系统仅提供基本功能，但 PROFINET 和 EtherNet/IP 等更高级的选项提供安全和同步等功能，并支持 OPC UA、文件传输、Web 服务器和电子邮件客户端等 IIoT 协议。
要确保您的计算机能够支持特定功能，您必须选择同时支持所需功能的通信解决方案。因此，对可用的通信解决方案进行全面评估以确认它们支持您需要的功能至关重要。
安全
随着工厂越来越多地连接到互联网，安全性变得越来越重要。为了保护自己免受网络攻击，您需要具有 Gatekeeper 功能的通信解决方案，例如防止未经授权的软件下载到计算机的软件签名。
面向未来
为了在工业网络中保持竞争力，紧跟最新趋势至关重要。这可能意味着您的通信接口需要支持 CC-Link IE TSN 等新兴协议，实现 Gb 速度，或满足日益严格的安全要求。虽然具体要求因应用程序而异，但提供最新功能可以帮助您获得竞争优势并为您的企业成功做好准备。
如果您选择开发自己的连接解决方案，则必须制定明确的计划和预算，以确保您能够跟上新兴技术的步伐。但是，这可能是一项复杂且昂贵的工作。或者，与工业网络专家合作可以提供更轻松、更具成本效益的解决方案。 通过与知识渊博且经验丰富的供应商合作，您可以获得最新的技术和功能，而无需花费时间和费用来开发自己的解决方案。
那么，哪种选项更适合您？
尽您所能看，有几个选项可供选择，并且需要考虑许多方面选择通信解决方案。选择取决于您的要求、灵活性、通信速度，当然还有多少时间、资源和您想要投入的努力。此外，您的需求可能会随着市场的发展而变化或者新技术出现，所以如果您有一个既定的方法总是好的，以更新您的通信解决方案。
Anybus 可以帮助您选择、安装和维护一个通信接口，允许您继续专注于制造世界领先的自动化机器。
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