近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，人工成本的不斷上揚(yáng)，企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)線自動(dòng)化應(yīng)用要求也增多。而隨著以太網(wǎng)作為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不斷地更新升級(jí)，各個(gè)公司也在加速工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和企業(yè)應(yīng)用之間的深化整合。工業(yè)以太網(wǎng)作為一種高效的局域網(wǎng)絡(luò)，它的構(gòu)建也就成為智能工廠建設(shè)的核心。近年來，工業(yè)以太網(wǎng)開始廣泛受到重視。

如果將一個(gè)制造工廠比作一個(gè)人的話，那么，連接設(shè)備與設(shè)備之間相互通信的工業(yè)以太網(wǎng)就是人體的神經(jīng)系統(tǒng)，它能敏感地將各種信息反饋給指揮者，也是傳輸指令的重要通道。工業(yè)以太網(wǎng)作為一種高效的局域網(wǎng)絡(luò)，從誕生之初，就擔(dān)負(fù)著傳感器數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)設(shè)備控制等功能，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)體系中的重要組成部分和工廠信息化的基礎(chǔ)。它的構(gòu)建也就成為智能工廠建設(shè)的核心。

工業(yè)以太網(wǎng)是智能工廠核心

如果說第三次工業(yè)革命的自動(dòng)化，僅是將生產(chǎn)過程作為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行信息技術(shù)的應(yīng)用。工業(yè)4.0將信息技術(shù)的應(yīng)用大幅擴(kuò)大，進(jìn)而衍生出“智能工廠”的概念。它的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。

“工業(yè)以太網(wǎng)，互聯(lián)互通、實(shí)時(shí)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能將是智能工廠的核心技術(shù)?！?。具體而言，包括生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自律協(xié)調(diào)作業(yè)的M2M，通過網(wǎng)絡(luò)獲取大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)過程之間的協(xié)同等。

因?yàn)楝F(xiàn)代智能工廠有四大關(guān)鍵點(diǎn)：一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù)。二是要有智能機(jī)器。三是大數(shù)據(jù)，將所有設(shè)備、所有人連接后，所有數(shù)據(jù)都大批量傳送到智能終端上。四是分析，得到數(shù)據(jù)后從中抓取出應(yīng)用趨勢來，提高設(shè)備狀態(tài)的檢測和預(yù)測水平。要形成高速傳輸、大數(shù)據(jù)，保證實(shí)時(shí)性、安全性和節(jié)能就變得十分關(guān)鍵。這正是工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建的要旨。

IIoT需要工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)在傳感器技術(shù)、無線連接、能量采集、大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算方面的創(chuàng)新，是在設(shè)備、系統(tǒng)和人之間進(jìn)行無縫信息交換的一部分，它為制造企業(yè)在整個(gè)價(jià)值鏈上提高業(yè)績、靈活性和響應(yīng)能力鋪平了道路。IIoT的發(fā)展需要工業(yè)以太網(wǎng)，通過以太網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析可以為企業(yè)提供更有價(jià)值的信息。

考慮到更加高速的工藝對(duì)以太網(wǎng)的要求，以及更多的數(shù)據(jù)采集，工廠需要一個(gè)冗余網(wǎng)絡(luò)，這樣就可以很容易地在控制層解決網(wǎng)絡(luò)問題。全網(wǎng)的可見性也會(huì)給邊緣設(shè)備提供可依賴的網(wǎng)絡(luò)。

一個(gè)具有三層路由器和二層管理型交換機(jī)的主機(jī)就可以滿足核心網(wǎng)絡(luò)的需求。二層非管理型交換機(jī)要求擴(kuò)展包含在IP地址層的端口狀態(tài)透明度，以及提高端口的服務(wù)質(zhì)量，使之適應(yīng)需要大量自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)運(yùn)行環(huán)境。不過缺點(diǎn)是這樣的交換機(jī)價(jià)格昂貴并且實(shí)施的時(shí)候需要一個(gè)相對(duì)長的啟動(dòng)時(shí)間。

以太網(wǎng)的可靠性

隨著更多的可編程邏輯控制器(PLC)、輸入/輸出(I/O)設(shè)備、終端計(jì)算機(jī)以及HMI等與以太網(wǎng)相連接，對(duì)以太網(wǎng)的魯棒性要求會(huì)越來越高。對(duì)于那些沒有進(jìn)行升級(jí)、無法獲得網(wǎng)絡(luò)邊緣透明度的自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)來說，可能會(huì)帶來指數(shù)級(jí)的能源消耗。隨著邊緣設(shè)備的增加以及數(shù)據(jù)采集功能的提高，需要人工檢查交換機(jī)的機(jī)會(huì)會(huì)減少，通過自動(dòng)化的連接系統(tǒng)，會(huì)將損失的數(shù)據(jù)和設(shè)備情況及時(shí)上傳。

更大的網(wǎng)絡(luò)透明度加快了自動(dòng)化和IT團(tuán)隊(duì)的故障診斷。支持Modbus/TCP以及SNMP協(xié)議的邊緣交換機(jī)技術(shù)也讓故障診斷更容易。在這個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò)模式里，團(tuán)隊(duì)可以快速地獲得網(wǎng)絡(luò)問題的解決方案。

例如，來自于工廠車間中溫度傳感器的數(shù)據(jù)可能對(duì)于工程師進(jìn)行工藝分析，以及IT部門進(jìn)行云存儲(chǔ)和商業(yè)過程分析來說都很重要;一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失變得明顯，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都可以及時(shí)發(fā)送或接收?qǐng)?bào)警。

低成本管理型交換機(jī)

市場研究機(jī)構(gòu)IHS的JohnMorse預(yù)測，“低成本的、較低功能性的二層交換機(jī)的采用，會(huì)更經(jīng)濟(jì)地滿足用戶的需求，就像更多的網(wǎng)路被擴(kuò)展，以滿足IIoT時(shí)代對(duì)于連接程度的需求。”在IHS2014年的一份關(guān)于工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施組件市場的報(bào)告中就指出，“從長遠(yuǎn)來看，隨著企業(yè)對(duì)于成本的考量，非管理型交換機(jī)的需求將會(huì)逐步放緩，就像網(wǎng)絡(luò)集線器一樣。”

為了讓自動(dòng)化和IT軟件獲取更多端口狀態(tài)的可見性，作為邊緣交換機(jī)的二層非管理型交換機(jī)必須支持Modbus/TCP以及簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)通訊。這會(huì)允許監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)、人機(jī)界面(HMI)軟件、以及IT網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)軟件實(shí)時(shí)地監(jiān)控交換機(jī)設(shè)備的狀態(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)化多協(xié)議是以太網(wǎng)當(dāng)前主要問題

如果說，構(gòu)建高速、大數(shù)據(jù)安全和節(jié)能的工業(yè)以太網(wǎng)是抓住了智能工廠的“牛首”，那么解決工業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)的多標(biāo)準(zhǔn)問題，則是工業(yè)以太網(wǎng)的關(guān)鍵。近些年來，工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)過了不斷的發(fā)展，其實(shí)用性、易用性都獲得了長足的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍也逐漸得到了擴(kuò)展。然而，應(yīng)用的快速增長也必然伴隨著各廠商在這一領(lǐng)域的激烈競爭。時(shí)至今日，受到不同廠商支持的各種工業(yè)以太網(wǎng)紛紛搭建了自己的舞臺(tái)。

許多不同的通信協(xié)議已成為工業(yè)以太網(wǎng)市場中的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此希望支持市場所需不同協(xié)議、或者希望在同一臺(tái)設(shè)備中支持多種協(xié)議的工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員就要面臨開發(fā)時(shí)間增加的問題。從某種程度上講，不同種類的工業(yè)以太網(wǎng)之間是可以解決互聯(lián)和互通的，但仍不能解決設(shè)備間互操作的問題。使用不同工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)備完全可以共存，但是不能對(duì)話?；ゲ僮魇求w現(xiàn)在應(yīng)用層的差異，要在同樣的網(wǎng)絡(luò)中使用多種以太網(wǎng)設(shè)備就需要網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。

總結(jié)

面對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)市場的旺盛需求，如何選擇并使用好工業(yè)以太網(wǎng)，也成為了用戶、系統(tǒng)集成商需要謹(jǐn)慎考慮的一環(huán)。工業(yè)以太網(wǎng)前期在中國的發(fā)展較國外發(fā)達(dá)國家滯后，但現(xiàn)在發(fā)展速度很快，各廠商在這方面的技術(shù)越來越成熟，也在產(chǎn)品的推廣中積累了很多經(jīng)驗(yàn)，目前對(duì)一般主流行業(yè)應(yīng)用中的要求，以太網(wǎng)基本能夠很好地滿足。

在一些特殊的條件下，還會(huì)存在一些有待解決和完善之處。比如，網(wǎng)絡(luò)的完全確定性，安全性，又如工業(yè)以太網(wǎng)所使用的雙絞線，抗電磁干擾的能力就比較弱，傳輸?shù)木嚯x比較短，使用光纖傳輸能夠解決傳輸距離的問題，然而又會(huì)使成本提高，但這些問題對(duì)整體的發(fā)展趨勢影響不大。

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