安全网络的基础
将网络引入工厂地面的做法给生产厂家带来了许多收益,包括提高生产力、减少接线和安装、改进诊断能力以及简化工厂地面数据访问过程。随着对网络的要求扩充到的安全构件的要求,一些工业自动化领先企业,包括Rockwell Automation等,开始与开放式设备网络供货商协会(ODVA)合伙开发CIP 安全TM - 对现有网络,例如对DeviceNet进行安全扩充。
什么是CIP安全?
CIP安全是原有的通用工业协议(CIP)技术的扩充。CIP是一个通用的应用层,由开放网络共享,包括DeviceNet,ControlNet和以太网/IP等,CIP将输入/输出控制、设备配置和数据采集等无缝集成起来。在连续CIP架构基础上建立解决方案,使信息能在多个网络中流动,从而最大限度减少用户的系统工程、安装、调试和维护。CIP安全对本协议进行扩充以包含安全信息,从而允许在标准网络上进行完整自动化过程,包括安全数据的通信。其理念很简单:减少您工厂内电缆的数量,提高生产力,同时降低安全隐患。CIP安全是网络技术的最新应用,是当今商业领域非常有意义的一个因素。
什么使安全网络更安全?
与其他类似产品一样,安全网络是一个现场总线系统,该系统将工厂地面上的设备连接起来。但是与标准网络不同,安全网络的设计可以检测错误,并执行预设的安全操作。
安全网络的协议可采取措施在应用中保证高度的完整性。这些措施包括报文冗余和交叉检查,可确保安全信息从一个设备可靠的传输出去,并由另一个设备在预设的时间接收,以保证数据内容的完整性。
获取统一化方法带来的收益
车间或工厂内对分散智能的要求越来越高 – 通过企业结构最高级别进行数据传输、诊断和实时控制等 – 这要求采用连续并统一的方法进行联网。CIP技术是建立可升级架构的关键,使工厂地面和更广泛企业范围之间可以进行畅通的数据传输。

在三种网络(DeviceNet,ControlNet和以太网 IP)的基础上,采用CIP技术,能在办公室环境或系统任何一个位置轻松进入网络,直接获取工厂地面设备级别的信息,并在网络范围内进行无缝传输。同时,这种技术使用户能在整个企业范围内对数据进行控制、配置与采集。
CIP协议完成安全扩充后,用户无须投资购买安全专用网关和网桥,也无须针对新网络和软件进行培训和维护,就能直接将安全相关网络与非安全相关网络结合起来。CIP技术使用原有的电缆,在已经使用过的编程和培训基础上建立,因此安装和维护过程都更加简单。另外,用户能在保护现有投资不受损失和维护CIP网络功能不受损坏的同时对网络进行升级。
协议加入了报文发送功能、路由、多址传送与诊断功能,用户可利用网络的诊断功能提升生产过程的表现,从而提高机械生产力、减少检修等需要的停工期并降低维修费用。例如,如果一个安全限位开关发生错位,影响了位于设施远端的元件内一个机械手的性能,采用这种协议的网络能将停车限制在出现故障的元件。发生安全故障时,不需要对整个区域或机器进行断电,从而达到提高生产力的目的。
当前,大量可通信产品都采用非安全相关网络,原因在于后者的价格低,集成费用也低。但是DeviceNet网络等的安全版本也能应用于同样水平的产品功能并实现同样的多样性。

结合标准控制与安全关键控制
安全网络的开发代表了安全应用整体发展向前迈出了一大步。CIP安全,即CIP的安全扩充,提供了最简单的方法实现安全网络,并将安全网络结合到更广泛的企业网络布局中。
CIP安全策略的一个关键优势在于能将同一网络或线路上的安全装置与标准装置连接起来,连接方法可以采用安全PLC,或 – 对大量应用来说 – 不需要采用安全PLC 就能实现连接。例如,在DeviceNet安全网络上(CIP安全的第一个应用),安全联锁开关能与各种速度驱动同时运行,安全网络监视器也能与光幕同时运行,安全PLC也能与标准PLC同时运行。不管采用什么样的设备组合,安全控制回路的完整性都不会受到任何安全控制装置的影响。

采用CIP安全策略,您能与在标准控制环境中进行的一样,使您工厂的安全功能实现自动化。无论是否将安全控制解决方案与标准控制解决方案结合,用户都能在使用安全设施过程中实现在非安全相关设备上使用DeviceNet所取得的优势,例如减少工程和安装费用,提高诊断能力,增加架构灵活性等。
不使用PLC的安全回路中,传感器通过点对点的通信与无缝桥连及路由直接与执行机构或安全继电器进行通信,这样,一个DeviceNet网络段上的安全继电器就能与另一段上的光幕或安全块相连接。“端到端”的安全使安全回路通过标准、商业开关和桥路技术闭合起来。
另外,要实现安全回路的复杂顺序控制,也可以使用带PLC的安全控制技术与以太网/IP或DeviceNet网络段相连接,通过对本地网络上的安全装置安全执行机构分别进行检测与控制,或着使用CIP桥路与路由能力对远端网络的安全装置与执行机构分别进行检测与控制,从而对现状作出反应。
将网络结构分成多个DeviceNet安全段,可以优化时间要求高的安全回路 – 多个网络分段具备可升级集成功能,因此能缩短回路闭合时间,从而缩小安全分离区域。
CIP 安全策略具备将同一网络或线路上的安全装置与标准装置结合的能力,实现无缝集成并提高灵活性。另外独立的、元件级别的DeviceNet或以太网/IP段可以集成在一个以太网/IP骨干网上,从而实现多个单元之间的点对点通信。
结论
ODVA策略致力于通过维护各种标准,以及在促进开放互操作性时提供一致的驱动力,使工业自动化生产厂家与用户同时获益。在保护用户现有系统投资以及新系统计划投资不受损失的同时,实现高度的灵活性、可升级性以及简单的集成能力。
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