正如我们在第1部分和第2部分其中六部分系列，机器设计采用无线连接，基于云的操作和开放式编程而发展。
在本期文章中，我们将探讨以太网是如何在工业连接中继续扩展的。我们还详细介绍了IO-Link和HIPERFACE越来越有用的电缆类型，以及跨网络和单电缆解决方案。
在自动化安装中，基于以太网的协议在数据传递方面继续取代传统的现场总线……事实上，目前超过40%的工业网络采用了基于以太网的协议。确实，一些现场总线比不确定性的传统以太网产品更可靠，但是以太网速度领先。
HELUKABEL的数据、网络和总线技术销售经理Horst Messerer说:“一些旧的公交系统的数据速率是1到20 Mbit，没有实时反应。“某些类型的制造业可以忍受这些比率……所以总线协议不会完全消失——但它们的市场份额正在下降。”相比之下，以太网数据速率至少为100mbit，以支持实时跟踪和处理数据。
另外，不像现场总线和设备网络需要不同的物理层，以太网只需要一个……现在，以太网电源(PoE)让设计工程师进一步利用单一物理层。
这里展示的是应用运动产品公司的TSM14POE步进伺服集成电机。它采用以太网电源(PoE)单电缆解决方案，以满足运动控制应用需要的布线最少和占地面积小。将电源和以太网通信结合在一个连接器中，简化了集成电机的布线，因此它几乎可以安装在任何地方。
“工业物联网和运动控制的交叉带来的另一个趋势是在运动控制中使用PoE连接，”Applied motion Products的Eric Rice说。“在过去，很难从PoE连接中获得足够的能量来驱动电机……但在工业以太网交换机中，更高功率的IEEE标准的迅速采用，支持了这里的扩展。”
例如，802.3at标准为连接的设备提供25w的功率——这足以使NEMA-14步进电机在全功率下运行。
Rice说:“在Applied Motion Products公司，我们利用这种能力开发了一种完全集成的NEMA-14步进电机，具有闭环电流控制和电源和通信的单一标准以太网连接器。每个集成电机通过两根标准以太网电缆(RJ45或x编码M12)中的一根接收电源和通信，并支持常见的网络协议，如Modbus TCP和以太网/IP。
实际上，基于以太网的连接通常是以太网/ IP的形式。此应用层协议允许在控制器和I / O之间进行通信;某些适配允许同步和确定性多轴运动控制。
威腾斯坦的网络动态系统(CDS)系列集成设计，包括驱动电子、交流伺服电机和现代数字反馈。该设备包括安全扭矩关闭(STO)功能、多以太网(EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINET、SERCOS III)和CANopen上游通信。
串行实时通信系统(SERCOS) III采用工业以太网电缆连接驱动器、运动控制器、传感器、I/O、电机和其他驱动器。SERCOS III实现了确定性双向实时运动和控制通信。其他利用以太网优势的协议还包括Ethernet for Control Automation Technology (EtherCAT)、PROFINET和CC-Link。
上图为Allied Motion的电动转向电机和方向盘传感器;EnduraMax 75i和95i电机集成电子;和H-Drive -所有这些都有可选的CANopen功能。
“我们整合了齿轮、电机、反馈和控制技术，创造定制的运动解决方案。这使得原始设备制造商和终端用户可以专注于他们的系统架构，而不必担心单个运动部件的互操作性。”供应商通过加工任何需要适当接口末端执行器和其他子系统的输出来确保其综合运动解决方案的机械兼容性。Shearer补充说:“此外，我们通过提供具有各种数字和模拟I/ o的系统以及与所有主要网络标准的连接来支持控制网络，包括CANopen、CANopen Safety、J1939、Modbus RTU和EtherCAT。”
用于连接的电缆- IO-Link, HIPERFACE，跨网络和单电缆解决方案
在许多情况下，协议需要物理组件的认证......包括电缆，控制器和反馈设备。考虑CAT5E和CAT6以太网电缆。802.3（1 Gbit / sec或Gbe）以太网可以使用Cat5a或越来越普通的Cat6电缆支持我们刚刚讨论过的PoE。现在两个用于CC-Link工业以太网（即） - 来自IGU的灵活的ChainFlex Cat5e和Cat6电缆 - 可用于电缆载体捆绑的捆绑能源链并有北美市场的UL认证以及CC-Link证书，即在亚洲如此共同的协议，并在世界各地发展。这种电缆可以通过CC-Link变化来实现控制，设备和传感器级别组件之间的这些网络级别......所有由工业计算机命令。
考虑这种计算机的一个例子 - 三菱电动自动化MELIPC系列控制器。这些支持CC-Link IE Field Industrial Network（再次，CC-Link协议系列中的几个中的一个），并允许数据交换为1毫秒进行实时设备控制。控制器还利用网络进行数据计算，远程监控，边缘计算以及硬件和软件的集成。所有型号都包括安装Windows 10 IOT Enterprise 2016 ...有些包括另一个操作系统（VxWorks）和开放平台EDGecross处理和分发数据。某些版本还包括触摸屏，可作为HMI加倍。
东方电机NETC01-CC网络网关将数据从主机CC-Link通信协议转换为东方电机自己的RS-485通信协议。通过使用该网络网关及其布线，工程师可以在主机环境下集成和控制RS-485兼容的产品。
在其他地方，人机界面可能作为网关发挥双重作用……许多运动部件制造商提供网络网关和电缆，使其线性驱动器和其他设备能够连接到CC-Link。例如，网关可以将数据从主机CC-Link通信协议转换为组件供应商自己的RS-485通信协议。这样的网关(以及那些更复杂的网关)使得在主机通信环境下集成和控制rs -485连接的组件变得很容易。
即使在串行接口的持久标准和以太网连接的新兴形式之外，其他电缆和通信标准化正在简化给定网络级别上组件之间的复杂通信。考虑一下伺服驱动器和电机的单电缆解决方案:SICK的HIPERFACE DSL是一个使用单电缆技术的伺服控制反馈接口。全数字双线通信支持操作通信以及伺服轴的状态监测。
Allied Motion的系统工程师Jeff Shearer说:“新的编码器技术，如HIPERFACE DSL，允许通过一根普通电缆布线电机电源和位置反馈。”这降低了系统的复杂性和电缆成本。”
Curtiss Wright的Exlar自动化提供线性运动解决方案，几乎与所有放大器品牌兼容。单电缆DSL连接允许控制器和电机的快速无缝集成，同时降低总拥有成本。
Shearer补充说，智能Hiperface DSL编码器还包括内存以存储电机信息。“在初始连接时，伺服驱动器可以查询此信息......因此自动化电机设置和调试。Heimotion伺服电机 - 连接到盟军运动的H驾驶伺服驱动器 - 利用这种布线。“
但单电缆解决方案最有用的是线性执行器。
“柯蒂斯赖特的Exlar自动化提供了与几乎所有放大器制造商兼容的线性运动解决方案，”EXLAR自动化集成线性执行器的产品经理Eric Simperfield解释说。“添加单电缆DSL连接作为选项允许从控制器到电机的快速和无缝集成，同时降低总体拥有成本。”
另一种正在兴起的单电缆解决方案是IO-Link，这是IEC 61131-9的品牌标准，定义了执行器和传感器连接的简化系统。事实上，到2023年，支持IO-Link的设备数量每年都可能翻一番，因为终端用户和oem都希望利用IO-Link功能套件的扩展。
这里显示的是通过IO-Link连接的AP10 SIKO位置指示器监测的线性运动轴。图片由ROVEMA GmbH提供
Dunkermotoren工业物联网与软件产品经理Markus Weishaar表示:“我们实际上正在考虑将IO-Link Master集成到我们的智能电机中，以扩展我们用于分散自动化概念的可连接传感器的能力。”“当然，因为我们的发动机可以通过工业以太网或can总线进行通信，所以我们认为没有必要将它们作为奴隶连接到IO-Link网络。”
此处显示为Bosch Rexroth IO-Link集线器和其他组件。
IO-Link还可以将遗留数字化模拟连接器在线性执行器上赋予双向通信和更快的佣金时间。“这就是我们还采用的原因IO-Link连接在控制方面 - 用于多协议支持和与串行接口的连接，“Rusk说。
最后注意:电缆的可靠性用于惩罚任务
对于工业自动化，电缆必须具有机械和电气性能。
通过唐尼斯特•Chainflex Cabla的产品管理器•易格斯
工程师必须知道注定用于其机械的电缆的预期使用寿命 - 因为最终用户需要知道电缆可能需要更换时。这就是为什么我们为特定电气额定值的电缆提供各种机械性能水平 - 因此工程师具有更多的设计灵活性和（适当的）可以降低整体设计成本的能力。
这种可定制性甚至可以用光缆实现。考虑一下最近用于跟踪卫星的电子卷轴产品中的一个应用。市场上没有多少连续可弯曲的光纤电缆，但我们出售它们在四个不同的机械性能水平。最坚固的甚至承受使用的电子卷轴，这往往是非常机械的要求-与许多扭转和弯曲。连接电缆组件完成连接设置，保证使用寿命。
在另一个苛刻的应用中，我们的组件防止了油漆机器人上的螺旋电缆问题。连接子系统能够承受快速灵活的喷漆系统所特有的弯曲半径和快速速度，即使机器人在电缆上很难行走。更重要的是，喷漆间的电缆必须经得起汽车应用中使用的重溶剂和油漆类型，还要符合UL的危险环境清单。在这里，链挠性电缆(在我们的德国测试实验室预先验证)在最终规格和安装前确认电缆是合适的。
⚙️继续阅读本系列的第4部分:边缘计算和网关在工业机械中激增
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