在COVID-19期間，許多企業和行業縮減或關閉，但包裝消費品（CPG）沒有，并且經常擴大運營，因為在大流行期間，許多人在家的時間更多，需要更多的CPG產品。作為全球CPG的巨頭之一，寶潔公司還需要保持并經常提高產量，以滿足最近需求的增長。
“在COVID-19期間，我們通常表現良好。我們保持員工安全，繼續為消費者服務，并為我們的社區做出貢獻，“寶潔公司企業工程技術部電力控制和信息系統技術總監Paul Maurath說，”這意味著依靠多種類型的自動化來操作復雜的高速機器和包裝設備的瓶子，盒子和袋子。
為了繼續實現其性能目標，Maurath稱，寶潔公司18個月前開始與其作為以太網高級物理層（APL）組織成員的供應商討論在俄亥俄州西切斯特的公司工程技術實驗室（CETL）開發以太網APL演示項目。該演示是在實驗室的智能過程單元（SPC）上實現的，該單元用于研究和演示過程自動化技術。
Maurath 說： “我們計劃分享我們學到的知識，包括如何應對全球供應鏈的挑戰，以及其他用戶實施以太網APL技術所需的條件。
現有過程網絡的不足
Maurath解釋說，他和他的寶潔同事受到啟發，研究以太網APL，以提高CPG應用中現有過程儀表網絡的功能。
這些網絡通常是：
由傳統I / O主導，這些I / O高度分布在以太網骨干上;
為模擬設備提供廣泛使用的HART協議，盡管它使用不多;
采用分立、簡單、開/關設備
通常在隔離的專用網絡上運行。
Maurath 說：“以太網變得越來越重要，它進一步深入網絡架構，并接管分布式 I/O、各種驅動器以及復雜的多變量四線式儀器。“如今，我們擁有多達 80 臺設備的 I/O 級網絡，包括流量計、驅動器、遠程 I/O、稱重傳感器和眾多交換機。”
寶潔希望研究以太網APL，因為科里奧利流量計，pH變送器，雷達液位計和壓力變送器等“更智能”的設備有更多的數據可以共享，更多的上層系統（如維護和數據分析）需要這些信息，它們都需要更有效的網絡來做到這一點。同樣，許多分立器件（如開/關閥）都與 IO-Link （io-link.com） 現場設備協議聯網，并提供更多數據。
“然而，這些關鍵的過程行業需求并沒有被主流的、基于IT的以太網技術所滿足，”Maurath說。“我們已經看到由通信故障引起的隨機關機，這些故障可以追溯到以太網電纜問題，例如電纜彎曲得太緊。我們需要不那么脆弱的布線，更長距離的布線，不必是光纖，以及可以更好地為環路供電設備和電氣分類區域提供服務的電線。
APL技術來“拯救”
由于以太網 APL 是作為單對、雙線、本質安全標準開發的，因此可以滿足過程工業對雙絞線布線、電氣分類和危險區域的可部署性、更長的距離、更易于處理的技術、用于惡劣條件的連接器以及環路供電設備的要求。Ethernet-APL 基于 IEEE 802.3cg-2019 for 10BASE-T1L、IEC 60079 和 IEC61158 標準，獨立于通信協議。
這些功能使寶潔及其合作伙伴能夠在CETL中的智能過程單元上為其以太網APL演示設計架構，了解實施和維護以太網APL所需的內容，并評估其對公司的潛在好處。SPC演示的設備包括四個375至500 kg的儲罐，六個帶流量計的泵，以及三個執行連續和批量操作的裝置。它以水作為工藝流體運行，并且完全獨立且遠程操作，因此用戶可以在辦公桌上甚至在家工作時檢查水。
圖 1：在俄亥俄州西切斯特的寶潔 CET 實驗室，智能過程單元 （SPC） 上的以太網 APL 演示包括四個 375 至 500 kg 的儲罐、6個帶流量計的泵以及3個執行連續和批量操作的裝置。它以水為工藝流體，完全獨立且遠程操作。SPC已經具有控制器，HMI和服務器，歷史庫，批處理服務器，工程站，傳統和遠程I / O以及變頻驅動器。其新產品主要包括APL現場開關和更多IO-Link設備，可以引入額外的雷達液位，壓力和溫度模塊。資料來源：ODVA和P&G。
Maurath補充說，寶潔還想使用演示來了解：
· 以太網APL交換機和儀器的基本安裝和布線;
· 儀器配置和更換;
· 網絡和交換機的配置和管理;
· 來自多個供應商的開關和儀器之間的互操作性;
· 與HART相比，儀器更新速率和更快通信的影響;
· 訪問多個變量和診斷信息;
· 從四線制元件轉換為雙線制時，更高功率可用性的潛在影響;
· 將以太網 APL 與其他協議（如 4-20 mA HART 和 IO-Link）進行比較。
Maurath 說：“幾年前，我們做了一個類似的演示項目來評估基金會現場總線FF，我們進行了實際構建，但得出的結論是，它不適合我們的流程。“與HART相比，APL具有吸引力，因為它的速度更快。另外，雖然目前的以太網APL標準無法實現，但我們希望通過從四線設備轉換為雙線以太網來獲得更大的功率，我們正在向我們的供應商尋求幫助。以太網APL還可以與4-20 mA HART和IO-Link進行交互。例如，如果我們試圖從雷達液位發射器獲得回波曲線，HART需要很長時間才能獲得該曲線，但使用APL要快得多。
雖然SPC的大部分自動化網絡與2019年相同，但實施以太網APL意味著部署幾個新組件。SPC已經具有控制器，HMI和服務器，歷史庫，批處理服務器，工程站，傳統和遠程I / O以及變頻驅動器。其新產品主要包括帶有APL液位，壓力和溫度傳感器的APL現場開關。同時，系統中還添加了幾個額外的IO-Link設備（圖1）。
Maurath說：“SPC已經擁有幾臺使用以太網/IP的科里奧利流量計，APL測試增加了幾臺使用APL物理層的新的以太網/IP設備。“我們發現，在 APL 的初始臺式測試中，最大的障礙是分配互聯網協議 （IP） 地址。在初始測試期間，我們'磚砌'了三個原型設備，無法再與它們通信，因此我們將它們發回給制造商。
圖 2：寶潔的智能過程單元已經具有控制器、HMI 和服務器、歷史庫、批處理服務器、工程站、傳統和遠程 I/O 以及變頻驅動器。其新產品主要包括以太網APL現場交換機和更多IO-Link設備，這些設備可以引入額外的雷達液位，壓力和溫度模塊。資料來源：ODVA和P&G。
智能單頁演示結果
Maurath報告說，SPC上的現場測試包括直接布線，更換4-20 mA HART儀器，以及多個IO-Link設備的并行測試。“我們發現以太網APL對控制器完全'不可見'，網絡上的設備看起來像任何其他EtherNet / IP設備，”Maurath說。“我們了解到布線非常可靠。而且，總的來說，到目前為止，我們對以太網APL的結果感到滿意。
Maurath補充說，寶潔公司對以太網APL交換機和儀器之間的安裝和布線以及來自不同供應商的組件之間的互操作性所學到的知識感到滿意。它也對訪問多個變量和診斷信息感到滿意。它一直在使用的原型設備還沒有真正的完整的以太網/ IP設備，但Maurath相信他們的問題將得到解決。
“當我們將EtherNet/IP放在網絡頂部時，我們無法始終獲得所需的訪問權限，因此有時我們必須使用筆記本電腦連接到本地子網，并使用特定的HART IP連接。然而，這些設備中有許多是原型，因此它們的問題可能會在以后得到解決，“Maurath解釋說。“作為我們演示項目的結果，我最大的要求是'幫助我們管理復雜性'。"
需要有關復雜性的幫助
寶潔公司的以太網APL的SPC演示也揭示了該協議及其開發人員面臨的一些額外的挑戰和任務。
例如，在現場更換4-20 mA HART壓力變送器時，舊的壓力變送器被移除，新的壓力變送器被連接。同時，應用程序/控制器失去與舊發射器的連接，獲得與新發射器的有效連接，檢查縮放并開始從中獲取有效信號。“一旦控制器看到新設備并檢查縮放比例，就可以在新變送器中設置變量，并且可以在短時間內備份該過程，”Maurath補充道。“最重要的是，E&I技術可以使用現有工具完成所有這些工作，并且知道新設備可能有效。
但是，更換智能壓力變送器或其他連接到EtherNet/IP或IO-Link并通過Ether-Link進行通信的設備仍然意味著移除舊設備并連接新設備。
但是，它的通信也必須配置，這意味著要回答幾個新問題：
· 新設備如何通信？
· 其新的配置文件是否可用？
· 是否必須重新啟動或重新加載控制器才能到達新設備？
· 新設備的數據結構是否相同，或者是否必須更改應用程序代碼？
· 完成這些任務并恢復流程需要多長時間？
“要添加或替換智能設備，用戶必須配置通信并執行許多其他步驟，例如添加IP地址，或者找出他們是否需要新的配置文件或EDS，并且他們無法真正確定它有效，直到他們這樣做，”Maurath解釋說。“如果存儲中有新設備，它可以使用相同的固件，還是需要修訂？或者，它需要什么級別的更改才能到達控制器？在固件版本中是否更改了密鑰變量的名稱？而且，E&I技術人員需要什么技能來完成這些安裝并完成這些配置，以便他們可以啟動并運行？”
同樣，如果E&I技術人員在凌晨3點。寶潔公司的周日班次在常規的4-20 mA設備方面存在問題，他們可以做很多事情來使用通常的手動工具，數字電壓表（DVM）和HART通信來處理它。但是，如果他們使用智能設備，他們可能必須處理他們今天沒有準備好的項目，包括新的和更復雜的技術，如BootP或動態主機配置協議（DHCP）等Internet協議，IO-Link的I / O設備描述，電氣數據表（EDS），設備配置文件，固件修訂和數據模型。
“需要多長時間才能讓具有合適技能的人來修復系統？”Maurath問道。“如果我必須打電話給系統集成商工程師，而他們直到周一早上才有空，工廠經理會非常不高興。
減少配置混亂
Maurath報告說，寶潔和其他最終用戶在通信方面需要幫助，特別是IP地址分配，其中包括如何處理DHCP，BootP，本地顯示器，dip開關和選擇輪。他們還需要EDS，I / O設備描述（IODD）以及其他配置文件和驅動程序的幫助，并且更容易更換“同類”組件。“分配IP地址是一件痛苦的事情，但對于E&I技術人員來說，凌晨3點的班次更是一個問題，”他解釋說。“他們可能有一臺筆記本電腦，但如果它沒有新設備所需的文件，他們就會死在水中。它必須比現在更容易導入文件并讓它們存在于控制器中。
Maurath報告說，配置智能變送器和其他設備也令人困惑，因為有很多方法和地方可以做到這一點，例如在本地顯示器，現場通信器，控制器編程軟件，資產管理系統或基于Web的界面上。“它們都顯示相同的信息嗎？今天不行。那么誰有主副本呢？“Maurath問道。“控制器沒有簡單的方法來上傳現場設備的配置。因此，如果技術人員向設備添加過濾器，則主控制器可能會在以后出現并清除這些更改。
“我們在寶潔公司有很多霧計算，包括本地、虛擬機服務器或堆棧，因此我們意識到要轉向云計算，以及使用不同協議的更少以控制器為中心的應用程序，”Maurath補充道。“智能設備正在使我們的世界復雜化，因此對我們來說，制定標準至關重要，這些標準允許它們一起工作，盡管它們的字母表協議很豐富。市場將決定哪些標準會成功，但我們仍然需要更簡單的功能性技術，隨著時間的推移，這些技術更容易實施、維護和遷移。
