要減少材料消耗需要密切關注每個細節，具體地說，就是要通過高速網絡精確監控每一個傳感器和執行機構。速度更快的網絡能使制造商獲得更多利益。

塑料加工設備廠商 Husky Injection Molding Systems公司位于加拿大安大略省，公司首席技術官 Chris Choi 表示：“傳統系統的壓力曲線起伏很大，然而，通過縮短采樣時間可以使壓力跟蹤更接近于理想狀態。這樣，我們就能夠更精確地控制熔點，從而得到外壁更薄的塑料。”

縮短采樣時間的基礎是使用速度更快的設備級網絡。越來越多的公司將以太網作為唯一網絡，Husky 就是其中之一。雖然一些廠商認為，現有的現場總線更適合輸入/輸出 (I/O) 設備級通訊，但同Choi一樣的工程師們卻認為，以太網具有顯著優勢。Choi 表示：“Profibus 和專有連接速度較慢。使用以太網則不會有任何延遲，整個系統運行速度更快。”

他解釋說，速度是讓客戶節省資金、獲得更薄外壁并減少材料浪費的關鍵。在5500 萬個零件的大規模生產運行中，一件 22 克的產品若能減掉2克材料每年可節省 18 萬美元。因此，Husky 在整個系統中采用了實時以太網技術 EtherCat。Choi 認為，只要能夠節約材料，客戶就會更加關注所采用的設備結構。在環保意識普遍增強的時代，這將有助于贏得更多銷售訂單。

為 Husky 這樣的公司提供服務的設備設計人員確實需要考慮很多方面。在整個系統架構中，網絡顯得十分關鍵，涉及到性能與成本。雖然改善以太網速度可能看上去不起眼，但意義重大。

Beckhoff Automation LLC位于明尼蘇達州 Burnsville 市，總裁 Graham Harris 表示：“EtherCat 的帶寬非常重要。如果要進行檢測和執行，使用速度更快的網絡來接收或發送信號，在不改變其他方面的情況下，速度可以獲得2%到5%的提升。”每天數千次活動中節省幾微秒，累計起來就會取得明顯改善。”

布線更加方便

工業用戶將以太網延伸至系統底層的原因之一是希望簡化布線。在所有層級上采用同一種傳輸介質可降低復雜性，并為安裝人員提供更多便利。與此同時，很多用戶發現這種方式還可節約資金。

很多以太網的支持者表示，與家庭和辦公室中采用的以太網布線相比，廣泛應用的 DeviceNet、Profibus 或專用布線方案有很多規則與要求。Harris 說：“以太網解決了采用傳統技術的布線問題。用戶可以在很少的規則內布置 Cat5（5 類）電纜。”

與現有方案相比，以太網電纜連接極為方便，故障排除容易。這一點很重要，因為接線是非常耗時的工作。Mayfield Heights 的供應商 Rockwell Automation Inc. 公司位于俄亥俄州，公司NetLinx 產品業務經理 Mike Hannah 表示：“使用硬線連接時。而每個連接都會耗費很長時間，還要進行接線檢查。”

簡易性對 Husky 來說十分重要。成本降低則是附加價值。Choi 說：“我們在每個地方都使用相同的電纜。與其它方案相比，成本會顯著降低。”

盡管工業應用中使用的電纜和連接器通常都非常堅固耐用，但由于采用標準產品的用量巨大，因此，平均下來，工業用以太網電纜的價格可達其它電纜的四分之一。以太網連接器的成本也會顯著降低。Harris 說，Hoffman Estates 的供應商 Bosch Rexroth 公司位于伊利諾伊州，公司自動化系統產品經理 Ted Thayer 表示：“DeviceNet 、Profibus 電纜/連接器、CC-Link 電纜，以及用于這些網絡的附件（如 Profibus 交換機和 CC-Link 無線發射器）的價格非常高。”

以太網電纜十分普遍，并且無需針對現場總線提供不同電纜和連接器，因此能夠降低成本。雖然工業電纜與普通電纜有顯著差異，但倘若發生以太網電纜斷線，而技術人員的工具箱中沒有類似規格的電纜，可在緊要關頭使用普通電纜來代替。

“如果電纜發生斷線，可以到商店購買一根堅固耐用的替代電纜。”位于明尼蘇達州普利茅斯市的自動化設備廠商 Turck Inc. 的高級產品經理 Karie Daudt 說。這些通用電纜應盡快升級為堅固耐用的電纜。

然而，并非所有應用都需要價格昂貴的工業級電纜。對于電子噪聲不高或溫度適中的應用環境，使用普通電纜就可以。“你可以使用高品質的以太網電纜。”位于加利福尼亞 Roswell 的供應商 B&R 工業自動化 公司的產品經理 Stephan Stricker 說。

以太網的支持者承認，雖然以太網有時可以降低成本和復雜性，但比簡單的現場總線成本高。如果把類似于傳感器這樣的簡易部件連接到整個網絡，則有很多其他替代方案可能比以太網成本更低。

“在傳感器和執行機構層面，以太網的成本可能會高一點，并且許多組件尚不能用于以太網。”Rockwell 的 Hannah 說。很多設備制造商正在通過提供橋接設備來解決這一問題，橋接設備兩端分別與現場總線和以太網相連。

“橋接模塊可將現場總線用于這些組件。使用橋接設備時，仍然與以太網相連，便于獲取報警和診斷數據。”Hannah 補充說。

橋接設備的使用能夠減少以太網用于 I/O 級設備的成本。同時，網管型交換機的減少也可以大大節約成本。雖然很多設備級電纜與以太網電纜相比更加昂貴，但綜合其他便宜的電纜，在財務上來說這種替代方案更加可行。

橋路的建立

通過使用橋接設備，工廠管理人員還可利用每種技術價值。以太網的優點是能夠傳輸相對較大的數據包，但對于處理傳感器級數據并不十分有效。因此，DeviceNet 和 Profibus 等現場總線仍是可行的解決方案，尤其對于已采用這些現場總線的工廠來說。

執行-傳感器接口 (AS- Interface) 等其它設備級總線在面向涉及傳感器和執行的現場安裝時，具有較高速度和抗干擾性。但是，這些總線不適合傳輸較大的數據塊。用戶也可以在 AS-Interface 上連接任何類型的安全設備。

位于俄亥俄州 Twinsburg 的廠商 Pepperl+Fuchs Inc. 的智能系統組經理 Helge Hornis 表示：“只有對高性能有一定需求，且系統輸入和/或輸出極少的情況下，必須采用以太網系統，I/O 級以太網應用才有意義。”

他說，當機器達到大約 40 個傳感器和 10 至 20 個輸出時，就應對 AS-Interface 進行評估。AS-Interface 或替代方案如能很好地應對這些需求，橋接方案就會更好地發揮作用。

Hornis 表示：“將以太網與輔助的底層線路解決方案（特別是 AS-Interface）相結合會非常有優勢，融合了二者的優點，并完全克服了各自的缺點。”。

AS-Interface 和現場總線并不是將以太網向設備級延伸的唯一方案。IO-Link 是新出現的替代方案。Profibus 國際組織負責制定的標準得到了很多廠商的支持。在某些大型行業展會上，西門子重點介紹 IO-Link。Balluff 最近也擴大了其 IO-Link 擴展模塊產品線，產品可直接連接到 Profibus 或 Profinet 網絡。

該接口用于單獨連接諸如傳感器和執行等現場設備。雖然總體上與 AS-Interface 相同，但它們能分別滿足不同領域的需要。位于亞利桑那州 Scottsdale 的 Profibus 貿易組織的副主席Carl Henning 表示：“AS-Interface 大部分是一位總線。IO-Link 用于更多智能的設備，例如色彩傳感器。”

大多數工程師表示，選擇何種架構并沒有固定的方法。工廠管理人員需根據系統要求、設備成本和可用性來決定其 I/O 設備應使用的總線類型。Turck 的 Daudt 說：“以太網的遷移十分昂貴。所以必須權衡其利弊；這不是一項簡單的任務。”

多種途徑

單一網絡的支持者認為，將以太網擴展到 I/O 層設備會獲得很多好處。很多供應商表示，以太網與其他技術一樣，也面臨權衡取舍。以太網相關的周邊設備成本升高并不影響最終獲得的收益。“雖然耦合器貴一些，但它效果良好。所帶來的靈活性的價值要遠遠超出額外的成本。”Stricker 說。大多數評論員都同意，以太網網絡便于隨著需求的變化而擴展。有必要時需添加附加子網，但擴展相當簡單。

以太網的主要優勢在于，在發生不可避免的問題時，無論是對網絡進行擴展還是維修，可供使用的工具和技能非常多。Stricker 說：“用于以太網的調試工具有很多。你可以使用這些工具和一臺普通PC（個人電腦）對網絡進行調試，而無需使用專門工具。”

雖然有些大型工廠可能會將多個以太網系統連接在一起，但只要具有足夠的帶寬，以太網可減少網絡數量。通常采用專用通訊方案的安全和運動功能也可以通過以太網進行處理。這樣做的優勢在于，“如果將運動產品或安全網絡置于以太網上，可以簡化網絡結構，從而完全省去了專用的運動和安全網絡。”Harris 說。

廠商會研發出降低復雜性和成本的新方法。在聯網時，各種拓撲結構可滿足工業領域的廣泛要求。這些結構會繼續演變下去。

ODVA Inc.（以前稱為 Open DeviceNet Vendor Association）去年完成了稱為設備級環網 (DLR) 的拓撲結構文件。這種總線型方案允許多端口以太網設備在環網拓撲中運行，簡化了布局，降低了成本，同時，通過檢測斷線并在其周圍重新配置通訊來延長正常運行時間。Hannah 表示：“通過 DLR，客戶無需為了進入設備級而購買多臺交換機。它們可以形成一個總線型菊花鏈。這并不新鮮，通過使用設備級環網，將擁有一個環網主站，它可以識別電纜斷線并以其它方式對通訊進行尋址，從而最大限度縮短停機時間。”

常規網絡架構可根據用戶要求來定制。在某些應用中，供應商會建議使用帶有中央交換機的星型拓撲，周圍是在其控制下運行的設備。這樣可節省大量布線。Stricker 表示：“通過以太網，可讓一臺機器成為中樞，周圍設備直接與中樞相連。比需要往返布線的網絡要方便得多。”

這可能是某些環境中最有效的方法。但在其他環境中，星型拓撲則不一定適宜。公司可使用多端口設備來構建很長的設備鏈。Henning 表示：“人們在安裝帶有兩個端口的交換機時，可使用線型拓撲來代替星型拓撲。星型拓撲在工廠的運行狀況不如在辦公環境中那樣良好。如果使用中央交換機，則需要向每臺設備連接一條單獨的電纜。”

在工廠車間內，無論采用哪種架構，以太網比現場總線的遠程訪問效果要好得多。在整個工廠內使用以太網，操作人員無論是在家還是其他任何地方，都可與特定設備上的執行直接通訊。

位于加利福尼亞 Alpharetta 的廠商 Siemens Energy & Automation Inc.（西門子能源與自動化公司）的網絡顧問 Jansons 表示：“如果在 I/O 級擁有以太網，就可以更好地訪問診斷與報警信息。這意味著，在發送報警時可進行遠程糾錯。”