食品和饮料工厂车间的连通性演变

• 关键词：工业以太网,Molex
• 作者：Molex工业自动化项目经理Frank Malczyk及工业自动化业务发展总监Riky Comini
• 摘要：在食品和饮料行业中引进机器人和自动化设备带来了多方面的安全性、产品质量、生产力和利润率的提升。

 设备层面的工业以太网如何帮助减少停机时间，并改善操作安全性和实时信息流

 在食品和饮料行业中引进机器人和自动化设备带来了多方面的安全性、产品质量、生产力和利润率的提升。自动工艺控制和机器人、用于自动化质量和安全控制的传感器，以及设备视觉系统开发等方面的不断进步，正在引领一个更可持续发展的食品行业。不过，食品和饮料行业在引入创新的工厂车间联网技术方面仍然落后，还有许多事情需要去做。

 数项因素已经促使制造商和处理商采用更谨慎的方法来提升其自动化系统，许多厂商20多年来一直使用相同的产品，并且对于升级至更好的解决方案犹豫不决，直到其过时的设备已不再可用。虽然这个行业的竞争激烈，但与其它行业相比，所受到的全球经济衰退的影响较小，因此要进行改变的意愿不高。另外，食品和饮料制造商面对一些独特的挑战，使其更难以实施新的系统。这些挑战包括：防止产品受到污染、确保消费者和工人的安全，温度、湿度和振动等环境条件，严苛的清洁和冲洗步骤，以及符合各地政府规章制度的要求。

 但是，随着制造商寻求提高运营效率和底线利润，他们必须采用更先进的工厂车间联网技术。

 连通性至关重要

 这些先进的自动化系统的一些关键组件是电缆、连接器和通信系统，它们把所有的东西联合在一起。在许多情况下，硬连线解决方案因为较廉价，所以在工厂车间仍然很常用。然而，这种方法是劳动力极为密集的，因此连接系统必须易于安装、可靠和安全。预接线(Pre-wired)配线箱可以节省时间，并且有助于防止错误接线，适用于具有高密度输入和输出连接的应用。在这两种情况下，稳健性对于耐受食品和饮料工厂车间的严苛环境是至关重要的，由于水气进入电气和电子设备和器件而引起的电气短路是食品和饮料生产线的首要问题

 同样地，通信系统如用于工业设备的开放的设备级控制和信息网络系统DeviceNet；标准化的全球性开放式网络通信系统Profibus，以及流行的工业通信协议Modbus，都需要使用在严苛环境中具有多用性、可靠性和信号完整性的电缆、连接器和插座。

 迁移到以太网的优势

 以太网最初设计用于办公室环境，但随着企业要求收集工厂车间实时数据并将数据传回企业，以太网在工厂车间获得了发展动力。这对于通常需要连续监测生产工艺以实现正常生产时间最大化，并且满足法规要求的食品和饮料行业是特别重要的。对于希望通过将工厂车间设备连接至制造企业网络以获得竞争优势的企业来说，工业以太网常常能够提供多项独特的优势：

 在企业范围存取信息，提高企业智能水平

 借助更快的数据传输速度，实现更快的信息流

 通过提升能效和资源管理节省成本

 通过增强设备性能减少工厂停机时间

 通过协作监测和控制优化设备性能

 主要的工业以太网解决方案有EtherNet/IP，用于工业自动化、工艺控制应用、机器人，并且由开放设备供应商协会(Open Device Vendor Association, ODVA)进行标准管理；PROFINET是用于先进制造和自动化的开放式工业以太网协议，而Modbus TCP/IP则是流行的Modbus协议的扩展，广泛用于工业制造环境。在任何情况下，底层的基础设施，包括电缆、电线座、开关、协议堆栈、接口卡和I/O模块都必须非常可靠，才能实施成功的工业以太网网络。如果制造商将其移出机柜，并且放置在车间地面上，便等于将这些至关重要的组件置于极其严苛的环境中。用于办公室的一般商用产品是不足够应付这些条件的，因此挑选合适可靠的电缆和连接器非常重要，是维持车间正常运作的关键因素。

 选择可用于严苛环境的合适材料

 食品和饮料行业的极端情况是企业延迟将以太网转从办公室转移至食品和饮料工厂车间的主要原因。其中最大的障碍之一是冲洗程序，这是防止污染物负面影响产品质量的关键因素，但极高的水温和腐蚀性清洁剂和消毒剂可能轻易损坏敏感的电子设备。另一个因素是生锈和侵蚀的风险，这有可能破坏制造工艺或污染产品。最后，极端的温度、湿度和振动均可能影响通信基础设施的性能和可靠性。

 通过选择合适的产品，食品和饮料制造商能够安全地转向工业以太网。要评测不同的设备、组件和接线选项时应考虑的一些特性包括：

 额定防护 (Ingress Protection, IP) 等级：额定IP是国际量度，首个数字是指固体物质(比如尘粒)防护等级；而第二个数字则定义了液体防护等级。在食品和饮料工厂车间的许多地方，达到IP67等级是可以接受的，这表明产品可以防尘，并且具有防止受到短期浸没影响的保护。不过，最理想的是达到IP69K等级，表明防止灰尘和高温、高压水，适用于设备必需仔细清洁的场合。

 不锈钢结构：表面光滑的316等级不锈钢连接系统能限制细菌可能聚集的面积，有助于防止细菌生长，并且能够耐受严苛的化学制品和高水温，而不会生锈。此外，坚固的过模塑电缆外壳能够耐受极端温度条件，从而提供更多的保护。

 按下锁定 (Push-to-lock)技术：加入了机械式锁定设计的连接器提供了螺纹线组所没有的安全连接，这种内在的可靠性减少了最严苛环境中的连接器相关间歇信号。更少的间歇信号意味着更短的停机时间和更好的生产率。

 DIN 轨道安装/机器安装 (DIN Rail Mount/Machine Mount)：通过将以太网交换机迁移到工厂车间设备，制造商能够节省机柜空间，减少电缆成本并且简化安装。重载 (heavy-duty) 外壳提供了对于水和温度变化的防护保护，使其适合严苛的工业应用。

 深思熟虑的工业以太网迁移让食品和饮料企业既可保持相关的传统系统，同时开发支持未来业务成长的创新应用。