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。
在这一分期付款中，我们探索以太网如何在工业连接中继续扩大。我们还详细介绍了IO-Link和Hiperface的有用电缆类型...以及跨网络和单电缆解决方案。
基于工业的以太网的协议继续超越传统的现场总线用于自动化安装中的数据消息...实际上，基于以太网的协议现在使用超过40％的工业网络。确实，某些现场总线比不确定的传统以太网产品更可靠，但以太网速度导致。
HELUKABEL数据、网络和总线技术销售经理Horst Messerer说：“一些旧的总线系统的数据速率为1到20 Mbit，没有实时反应。”某些类型的制造业可以承受这些速率……因此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100 Mbit，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。
这里显示的是应用运动产品的TSM14POE步进伺服集成电机。它使用以太网供电（PoE）单电缆解决方案来满足需要最少布线和较小占地面积的运动控制应用。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标准为连接器件提供25个电源 - 这足以以全功率运行NEMA-14步进电机。
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。
来自Wittenstein网络动态系统（CDS）系列的集成设计采用了驱动器电子，交流伺服电机和现代数字反馈。这些设备包括安全扭矩关闭（STO）功能以及多以太网（以太网/ IP，EtherCAT，PROFINET，SERCOS III）和CANopen上游通信。
也看到戏剧性采用是串行实时通信系统（SERCOS）III采用工业以太网连接驱动器，运动控制器，传感器，I / O，电机和其他执行器。利用SERCOS III，可以实现确定性双向实时运动和控制通信。资本上以太网优势的其他协议包括用于控制自动化技术（EtherCAT），PROFINET和CC-Link的以太网。
上图是Allied Motion的电动转向马达和方向盘传感器；EnduraMax 75i和95i电机，集成电子设备；和一个H型驱动器-所有这些都有可选的CANopen功能。
“我们创建了整合我们的齿轮，电机，反馈和控制技术的定制运动解决方案。这使OEM和最终用户专注于他们的系统架构，而不是担心各种运动组件的互操作性，“盟军运动系统工程师Jeff Shearer说。供应商通过加工正确接口终端效应器和其他子系统所需的任何输出来确保其集成运动解决方案的机械兼容性。“此外，我们支持通过控制系统提供与各种数字网络和模拟I / O，并连接到每一个主要的网络标准 - 包括CANopen总线，CANopen的安全，J1939，Modbus RTU的，和EtherCAT，补充说：”希勒。
连接电缆 - 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，HMI可能兼作网关……许多运动部件制造商提供网络网关和电缆组，以便将其线性执行器和其他设备连接到CC链路。例如，网关可以将数据从主机CC链路通信协议转换为组件供应商自己的RS-485通信协议。这种网关（以及更复杂的网关）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的系统工程师杰夫·希勒（Jeff Shearer）说：“HIPERFACE DSL等新的编码器技术允许通过一根普通电缆路由电机功率和位置反馈。”这降低了系统复杂性和电缆成本。”
Curtiss Wright的Exlar Automation提供与几乎所有放大器品牌兼容的线性运动解决方案。单电缆DSL连接允许控制器和电机的快速无缝集成，同时降低总体拥有成本。
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。”
另一个正在兴起的单电缆解决方案是IO Link，它是IEC 61131-9的品牌标准，定义了简化的执行器和传感器连接系统。事实上，到2023年，支持IO链路的设备数量可能每年翻一番，因为最终用户和OEM旨在利用不断扩展的IO链路功能套件。
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 IIoT&Software的产品经理Markus Weishaar说：“我们实际上正在考虑在智能电机中集成IO链路主机，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，由于我们的电机可以通过工业以太网或can总线进行通信，因此我们认为没有必要将它们作为从机连接到IO链路网络。”
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•伊格斯
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。
光纤电缆甚至可能是可能的。考虑最近在用于跟踪卫星设计的E-SPOOL产品中的应用。市场上没有许多连续弯曲的光纤电缆......但我们在四种不同的机械性能水平中销售它们。最坚固的甚至可承受在电子阀芯上使用，这往往是非常机械苛刻的 - 很多扭曲和弯曲。Connectorized Cable组件完成了Connectivity Setup以获得保证的使用寿命。
在另一个苛刻的应用中，我们的组件可以防止涂料机器人上的开瓶器电缆问题。连接子系统可承受侵略性的弯曲半径和快速速度，如典型的快速和敏捷的涂料系统 - 即使是机器人遵循电缆非常硬的路径。更重要的是，油漆摊中的电缆必须承受汽车应用中使用的重型溶剂和涂料类型 - 以及符合UL列表危险环境。在这里，ChainFlex电缆（在我们的德国测试实验室预先验证）确认了最终规范和安装前的电缆是合适的。
⚙️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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