根據(jù)IMSResearch的一項(xiàng)新的研究表明，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，流程工業(yè)中以太網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)從2011至2016年增長(zhǎng)了近一倍，并且在近一段時(shí)期，工業(yè)以太網(wǎng)的普及率已經(jīng)開(kāi)始反超現(xiàn)場(chǎng)總線成為了主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

如何選擇工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要

    在今年二月HMS工業(yè)網(wǎng)絡(luò)公司發(fā)布的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的年度報(bào)告中，重點(diǎn)分析了全球工廠自動(dòng)化中的新安裝節(jié)點(diǎn)狀況，從中也可一窺目前工業(yè)通訊的發(fā)展趨勢(shì)。HMS指出，工業(yè)以太網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的增長(zhǎng)正在加速，這主要?dú)w功于日益增長(zhǎng)的對(duì)工業(yè)設(shè)備互連以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的需求。工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)在占據(jù)了46%的市場(chǎng)份額(去年占38%)，無(wú)線技術(shù)也在加強(qiáng)，目前占據(jù)了6%的市場(chǎng)份額(去年占4%)，現(xiàn)場(chǎng)總線為48%。工業(yè)以太網(wǎng)的增長(zhǎng)速度高達(dá)22%。其中，EtherNet/IP和PROFINET占頭把交椅，PROFINET在中歐以及EtherNet/IP在北美都處于市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，其后是EtherCAT、Modbus-TCP和EthernetPOWERLINK。

    縱觀當(dāng)前工業(yè)制造企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，大致可歸納為：降低產(chǎn)品的上市時(shí)間，更低的產(chǎn)品更新時(shí)間，更高的產(chǎn)品技術(shù)，更大的數(shù)據(jù)量；增加柔性設(shè)備，實(shí)現(xiàn)定制化的生產(chǎn)，更高的生產(chǎn)能力，能適應(yīng)市場(chǎng)快速的變化；提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)得到質(zhì)量數(shù)據(jù)反饋，并作出決策；提高生產(chǎn)能效，更高資源和能源的利用率將會(huì)成為未來(lái)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵因素之一；能保證數(shù)據(jù)安全和信息安全。

    針對(duì)上訴需求趨勢(shì)，制造企業(yè)對(duì)于工業(yè)通訊的未來(lái)需求也將隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、挑戰(zhàn)的提升，而向著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

    1.更高帶寬，未來(lái)的工業(yè)通訊要能夠提供更高的帶寬（100Mbps），并且擁有確定的拓展性；

    2.標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，基于IP標(biāo)準(zhǔn)的通信應(yīng)用將大幅度增加；

    3.配置靈活，工業(yè)以太網(wǎng)將能夠自動(dòng)分配鏈接設(shè)備名稱個(gè)IP地址；

    4.兼容性強(qiáng)，可完全兼容IEEE、IETF、IEC等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

    此外，從工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展前景來(lái)看，在未來(lái)的工業(yè)通信市場(chǎng)中，從現(xiàn)場(chǎng)、控制層、車(chē)間層、公司層到云平臺(tái)，從底層到上層，實(shí)時(shí)通信和開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)通信將集成于同一個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)整體的通訊系統(tǒng)。

    在目前市場(chǎng)上已有的各種工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)中，有五種不同的重要協(xié)議為實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線提供了優(yōu)越的性價(jià)比和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，它們是EtherCAT，EtherNet/IP，以太網(wǎng)Powerlink，PROFINETIRT和SERCOSIII；此外還有其他

    一些以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但它們的組件在開(kāi)源社區(qū)中沒(méi)有被充分的公布，或被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放的，其中包括三菱CCLinkField、安川MechatrolinkIII等等。

    衡量一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是否有發(fā)展前景、能否提供長(zhǎng)期可行性的方法是檢查其市場(chǎng)占有率，這也是目前各個(gè)主要廠商加緊市場(chǎng)推廣和開(kāi)拓的目的所在。其次，支持最佳的實(shí)現(xiàn)成本，讓所有組件都具有真正的互操作性，并且以即插即用的方式工作，也是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)成功的先決條件。另外，如果市場(chǎng)上沒(méi)有太多支持該標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商，就無(wú)法通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)將成本盡量降低，同時(shí)提高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量和穩(wěn)健性的機(jī)會(huì)也會(huì)較少；更糟糕的是，市場(chǎng)上如果沒(méi)有太多供應(yīng)商，用戶也不太可能采用該標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要大量的供應(yīng)商和戶同時(shí)進(jìn)入這一標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)，才能引導(dǎo)更多的其他廠商廣泛采用這一標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)才會(huì)真正具有長(zhǎng)期的可行性。

工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)7要素

網(wǎng)絡(luò)布局

    辦公室的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季植⒉贿m用于工廠生產(chǎn)層，那里采用的是工廠/機(jī)器的以太網(wǎng)拓?fù)洳季帧＾k公室以太網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)通常是由商業(yè)級(jí)的產(chǎn)品構(gòu)建，它們?cè)诤銣氐沫h(huán)境和星型拓?fù)錁?gòu)建的交換網(wǎng)絡(luò)中可以很好地發(fā)揮作用;而與此不同，工業(yè)以太網(wǎng)架構(gòu)常常要面對(duì)多變的意外情況，因此需要具有一些額外的功能，例如高速冗余等。工業(yè)以太網(wǎng)會(huì)采用多種不同的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)布局方式(星型、環(huán)型、樹(shù)型、線型)，并使用屏蔽電纜、金屬接頭，具有更高的耐熱耐震性能。此外，工業(yè)以太網(wǎng)的交換機(jī)一般由相應(yīng)的自控系統(tǒng)集成商負(fù)責(zé)配置和維護(hù)。

通信協(xié)議

    對(duì)控制系統(tǒng)集成商來(lái)說(shuō)，最要緊的是要認(rèn)識(shí)到以太網(wǎng)只是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，要使它能夠在自控設(shè)備間實(shí)現(xiàn)通信，所以你需要一個(gè)工業(yè)級(jí)的通信協(xié)議。IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義了接線方式、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)規(guī)則和以太網(wǎng)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)。雖然使用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的不同設(shè)備可以在同一網(wǎng)段里實(shí)現(xiàn)通信，但前提條件是它們必須采用相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，或者說(shuō)“通信語(yǔ)言”。Profinet是一個(gè)專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，它為分布式I/O、機(jī)器與機(jī)器間的連通性、機(jī)器的安全性以及動(dòng)作控制提供了相應(yīng)的功能。

處理能力

    這不是單純地由網(wǎng)絡(luò)速度的快慢決定的，而是如何快速精確地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿撊サ牡胤?。網(wǎng)絡(luò)的處理能力毫無(wú)疑問(wèn)

    是最關(guān)鍵的因素之一，它的衡量標(biāo)準(zhǔn)是單位時(shí)間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量。而唯一能改進(jìn)這一性能的方法就是減少通信堆棧中循環(huán)周期的次數(shù)。Profinet通信堆棧中的循環(huán)周期次數(shù)比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)TCP/UDP工具要少十幾倍。這是由于，Profinet為一些對(duì)時(shí)間有苛刻要求的重要工作專門(mén)設(shè)置了一個(gè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通道，而與此同時(shí)，它的配置、診斷、路由以及“大容量數(shù)據(jù)傳輸”的通信都通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通道完成。

網(wǎng)絡(luò)配置

    網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置簡(jiǎn)單是一方面，但更重要的是，實(shí)現(xiàn)通信的編程工作絕對(duì)不能太復(fù)雜。Profinet能夠通過(guò)配置而不是編程，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信。通過(guò)一種對(duì)象呼應(yīng)的配置設(shè)備之間內(nèi)部通信的方法，而不是傳統(tǒng)的編程調(diào)試的方法，系統(tǒng)集成商和最終用戶能夠節(jié)約至少25%的建設(shè)以及調(diào)試試車(chē)的時(shí)間。

先期計(jì)劃

    僅考慮眼前的應(yīng)用是不夠的，當(dāng)前的以太網(wǎng)必須能滿足將來(lái)所有可能的應(yīng)用需要。Profinet使用戶能按照自己的步調(diào)，只采用單一的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)高度集成的、適用于不同控制功能(如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、分布式I/O、機(jī)器安全性、動(dòng)作控制以及數(shù)據(jù)采集)的自控系統(tǒng)。它同樣也為今后可能的擴(kuò)展進(jìn)行了準(zhǔn)備。

舊系統(tǒng)改造

    工業(yè)以太網(wǎng)的要素并不僅僅局限于以太網(wǎng)本身，如何與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和不同供應(yīng)商提供的機(jī)器集成并正常工作，是必須要考慮的問(wèn)題之一。既然Profinet使用的是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機(jī)，并采用TCP/IP的協(xié)議組件，那么基于Profinet的系統(tǒng)應(yīng)該能適用整個(gè)自控網(wǎng)絡(luò)，而不需要另外增加高端交換機(jī)或者特殊的功能，例如IGMPsnooping和VLAN。Profinet同時(shí)也提供了將不同供應(yīng)商的產(chǎn)品接入同一網(wǎng)絡(luò)的解決辦法。通過(guò)XML，它將每個(gè)機(jī)器作為一個(gè)部件來(lái)處理，相對(duì)獨(dú)立于內(nèi)部核心的控制系統(tǒng)，這就是以部件為控制單位的自動(dòng)化概念。

費(fèi)用

    對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，最重要的費(fèi)用支出并不是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的組件，而是設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)的部分。Profinet和其他類(lèi)似的工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)架采用IT技術(shù)的成果，例如OPC和SNMP，來(lái)監(jiān)視和顯示網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。此外，它的診斷功能能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)直接在包括PLC和SCADA系統(tǒng)在內(nèi)的自控系統(tǒng)上反映出來(lái)。這樣組態(tài)設(shè)置和故障查找都可以在中央控制室內(nèi)完成，大大簡(jiǎn)化了操作。