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，企業(yè)對于生產(chǎn)線自動化應用要求也增多。而隨著以太網(wǎng)作為工業(yè)網(wǎng)絡不斷地更新升級，各個公司也在加速工業(yè)自動化系統(tǒng)和企業(yè)應用之間的深化整合。工業(yè)以太網(wǎng)作為一種高效的局域網(wǎng)絡，它的構建也就成為智能工廠建設的核心。近年來，工業(yè)以太網(wǎng)開始廣泛受到重視。

如果將一個制造工廠比作一個人的話，那么，連接設備與設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，從誕生之初，就擔負著傳感器數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)設備控制等功能，是現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)體系中的重要組成部分和工廠信息化的基礎。它的構建也就成為智能工廠建設的核心。

工業(yè)以太網(wǎng)是智能工廠核心

如果說第三次工業(yè)革命的自動化，僅是將生產(chǎn)過程作為對象，對其進行信息技術的應用。工業(yè)4.0將信息技術的應用大幅擴大，進而衍生出“智能工廠”的概念。它的關鍵技術是信息技術。

“工業(yè)以太網(wǎng)，互聯(lián)互通、實時控制，進而實現(xiàn)安全、節(jié)能將是智能工廠的核心技術?！?。具體而言，包括生產(chǎn)設備聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自律協(xié)調作業(yè)的M2M，通過網(wǎng)絡獲取大數(shù)據(jù)的應用，開發(fā)、銷售、ERP、PLM、SCM等業(yè)務管理系統(tǒng)與實際生產(chǎn)過程之間的協(xié)同等。

因為現(xiàn)代智能工廠有四大關鍵點：一是要連接所有網(wǎng)絡以拿到數(shù)據(jù)。二是要有智能機器。三是大數(shù)據(jù)，將所有設備、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)后從中抓取出應用趨勢來，提高設備狀態(tài)的檢測和預測水平。要形成高速傳輸、大數(shù)據(jù)，保證實時性、安全性和節(jié)能就變得十分關鍵。這正是工業(yè)以太網(wǎng)構建的要旨。

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、無線連接、能量采集、大數(shù)據(jù)以及云計算方面的創(chuàng)新，是在設備、系統(tǒng)和人之間進行無縫信息交換的一部分，它為制造企業(yè)在整個價值鏈上提高業(yè)績、靈活性和響應能力鋪平了道路。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)提供更有價值的信息。

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

一個具有三層路由器和二層管理型交換機的主機就可以滿足核心網(wǎng)絡的需求。二層非管理型交換機要求擴展包含在IP地址層的端口狀態(tài)透明度，以及提高端口的服務質量，使之適應需要大量自動化網(wǎng)絡的企業(yè)運行環(huán)境。不過缺點是這樣的交換機價格昂貴并且實施的時候需要一個相對長的啟動時間。

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)設備、終端計算機以及HMI等與以太網(wǎng)相連接，對以太網(wǎng)的魯棒性要求會越來越高。對于那些沒有進行升級、無法獲得網(wǎng)絡邊緣透明度的自動化團隊來說，可能會帶來指數(shù)級的能源消耗。隨著邊緣設備的增加以及數(shù)據(jù)采集功能的提高，需要人工檢查交換機的機會會減少，通過自動化的連接系統(tǒng)，會將損失的數(shù)據(jù)和設備情況及時上傳。

更大的網(wǎng)絡透明度加快了自動化和IT團隊的故障診斷。支持Modbus/TCP以及SNMP協(xié)議的邊緣交換機技術也讓故障診斷更容易。在這個融合的網(wǎng)絡模式里，團隊可以快速地獲得網(wǎng)絡問題的解決方案。

例如，來自于工廠車間中溫度傳感器的數(shù)據(jù)可能對于工程師進行工藝分析，以及IT部門進行云存儲和商業(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，兩個團隊都可以及時發(fā)送或接收報警。

低成本管理型交換機

市場研究機構IHS的JohnMorse預測，“低成本的、較低功能性的二層交換機的采用，會更經(jīng)濟地滿足用戶的需求，就像更多的網(wǎng)路被擴展，以滿足IIoT時代對于連接程度的需求?！痹贗HS2014年的一份關于工業(yè)以太網(wǎng)基礎設施組件市場的報告中就指出，“從長遠來看，隨著企業(yè)對于成本的考量，非管理型交換機的需求將會逐步放緩，就像網(wǎng)絡集線器一樣?！?/p>

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

標準化多協(xié)議是以太網(wǎng)當前主要問題

如果說，構建高速、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)絡的多標準問題，則是工業(yè)以太網(wǎng)的關鍵。近些年來，工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)過了不斷的發(fā)展，其實用性、易用性都獲得了長足的進步，其應用范圍也逐漸得到了擴展。然而，應用的快速增長也必然伴隨著各廠商在這一領域的激烈競爭。時至今日，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。

許多不同的通信協(xié)議已成為工業(yè)以太網(wǎng)市場中的標準協(xié)議，因此希望支持市場所需不同協(xié)議、或者希望在同一臺設備中支持多種協(xié)議的工業(yè)設備系統(tǒng)設計人員就要面臨開發(fā)時間增加的問題。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，但仍不能解決設備間互操作的問題。使用不同工業(yè)以太網(wǎng)的設備完全可以共存，但是不能對話?；ゲ僮魇求w現(xiàn)在應用層的差異，要在同樣的網(wǎng)絡中使用多種以太網(wǎng)設備就需要網(wǎng)關進行協(xié)議轉換。

總結

面對工業(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越來越成熟，也在產(chǎn)品的推廣中積累了很多經(jīng)驗，目前對一般主流行業(yè)應用中的要求，以太網(wǎng)基本能夠很好地滿足。

在一些特殊的條件下，還會存在一些有待解決和完善之處。比如，網(wǎng)絡的完全確定性，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，然而又會使成本提高，但這些問題對整體的發(fā)展趨勢影響不大。

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