工業(yè)通信網絡是物聯(lián)網技術領域最活躍的方向之一，也是支撐智能制造發(fā)展的基礎技術。隨著新一輪工業(yè)革命的到來，現(xiàn)已成為自動化領域熱點，尤其自動化工廠的建設，更是離不開高效、快速的通訊網絡?，F(xiàn)在工業(yè)常用的工業(yè)通訊網絡有哪幾種，都有什么特點？這篇文章來揭曉。

Ethernet/IP

Ethernet/IP是一個面向工業(yè)自動化應用的工業(yè)應用層協(xié)議，在CI和ODVA公布EtherNet/IP規(guī)范一年之后，羅克韋爾自動化發(fā)布了第一代基于EtherNet/IP的產品，主要集中在Allen-BradleyControlLogix、ProcessLogix、PLC-5、SLC-500系列控制器上?，F(xiàn)在，越來越多的廠商已經或者正在計劃推出他們自己的EtherNet/IP產品。

EtherNet/IP協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議發(fā)送“顯性”報文，每個信息包中不僅包含有具體應用程序數(shù)據(jù)，還包含有對這些數(shù)據(jù)的解釋，以及如何對這些數(shù)據(jù)進行處理的信息。由于EtherNet/IP協(xié)議充分利用了TCP/IP和UDP/IP協(xié)議的優(yōu)點，將其融合在同一網絡中，使得EtherNet/IP不僅能用于普通的信息處理，還能用于傳輸對時間有苛刻要求的控制信息。

PROFINET

PROFINET由西門子公司和Profibus用戶協(xié)會開發(fā)，具有多制造商產品之間的通訊能力，自動化和工程模式，并針對分布式智能自動化系統(tǒng)進行了優(yōu)化。其應用結果能夠大大節(jié)省配置和調試費用。PROFINET系統(tǒng)集成了基于Profibus的系統(tǒng)，提供了對現(xiàn)有系統(tǒng)投資的保護。它也可以集成其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

PROFINET是一種支持分布式自動化的高級通訊系統(tǒng)。除了通訊功能外，PROFINET還包括了分布式自動化概念的規(guī)范，這是基于制造商無關的對象和連接編輯器和XML設備描述語言，是唯一使用已有的IT標準，沒有定義其專用工業(yè)應用協(xié)議的總線。它的對象模式的是基于微軟公司組件對象模式(COM)技術。對于網絡上所有分布式對象之間的交互操作，均使用微軟公司的DCOM協(xié)議和標準TCP和UDP協(xié)議，是新一代基于工業(yè)以太網技術的自動化總線標準。

EtherCAT

EtherCAT是一種基于以太網的開發(fā)構架的實時工業(yè)現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，2003年被引入市場，2007年成為國際標準，并于2014年成為中國國家標準。相對于設置了相同循環(huán)時間的其他總線系統(tǒng)，EtherCAT系統(tǒng)結構通常能減少25%-30%的CPU負載。EtherCAT在網絡拓撲結構方面沒有任何限制，最多65535個節(jié)點可以組成線型、總線型、樹型、星型或者任意組合的拓撲結構。

利用分布時鐘的精確校準EtherCAT提供了有效的同步解決方案，在EtherCAT中，數(shù)據(jù)交換完全基于純粹的硬件設備。由于通訊利用了邏輯環(huán)網結構和全雙工快速以太網而又有實際環(huán)網結構，“主站時鐘”可以簡單而精確地確定對每個“從站時鐘”的運行補償，反之亦然。分布時鐘基于該值進行調整，這意味著它可以在網絡范圍內提供信號抖動小、精確的時鐘。

OPCUA

OPCUA是工業(yè)自動化領域比較常用的的通信協(xié)議，是應用程序和現(xiàn)場控制系統(tǒng)連接的標準。目前，OPC基金會正在大力推動新一代技術OPCUA的開發(fā)與應用，它有解決諸多工業(yè)4.0和物聯(lián)網產業(yè)相關的通信問題的潛質。

OPCUA具有諸多優(yōu)勢

1)具有訪問統(tǒng)一性，有效地將現(xiàn)有的OPC規(guī)范(DA、A&E、HDA、命令、復雜數(shù)據(jù)和對象類型)集成進來，成為現(xiàn)在的新的OPCUA規(guī)范。

2)OPCUA規(guī)范可以通過任何單一端口進行通信。這讓穿越防火墻不再是OPC通信的路障，并且為提高傳輸性能，OPCUA消息的編碼格式可以是XML文本格式或二進制格式，也可使用多種傳輸協(xié)議進行傳輸，比如：TCP和通過HTTP的網絡服務。

3)OPCUA的標準冗余模型也使得來自不同廠商的軟件應用可以同時被采納并彼此兼容。

4)OPCUA訪問規(guī)范明確提出了標準安全模型，每個OPCUA應用都必須執(zhí)行OPCUA安全協(xié)議，這在提高互通性的同時降低了維護和額外配置費用。

5)OPCUA軟件的開發(fā)不再依靠和局限于任何特定的操作平臺。

Devicenet

Devicenet是90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN(ControllerAreaNetwork)技術的開放型、符合全球工業(yè)標準的低成本、高性能的通信網絡，最初由美國Rockwell公司開發(fā)應用。

Devicenet的許多特性沿襲于CAN，CAN總線是一種設計良好的通信總線，它主要用于實時傳輸控制數(shù)據(jù)。DeviceNet的主要特點是：短幀傳輸，每幀的最大數(shù)據(jù)為8個字節(jié)；無破壞性的逐位仲裁技術；網絡最多可連接64個節(jié)點；數(shù)據(jù)傳輸波特率為125kb/s、250kb/s、500kb/s；點對點、多主或主/從通信方式；采用CAN的物理和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約。

HART

HART是由艾默生提出的一個過度性總線標準，主要特征是在4-20毫安電流信號上面疊加數(shù)字信號，但該協(xié)議并未真正開放，要加入他的基金會才能拿到協(xié)議，而加入基金會要一定的費用。HART技術主要被國外幾家大公司壟斷，近些年國內也有公司在做，但還沒有達到國外公司的水平。

現(xiàn)在有很多智能儀表帶有[HART圓卡]，支持HART通訊功能。但從國內情況來看，還沒有真正用到這部分功能來進行設備聯(lián)網監(jiān)控，最多只是利用手操器對其進行參數(shù)設定。從長遠來看，由于HART通信速率低、組網困難等原因，HART儀表的應用將呈下滑趨勢。

CC-Link

CC-Link即控制與通信鏈路系統(tǒng)，2005年7月CC-Link被中國國家標準委員會批準為中國國家標準指導性技術文件。由三菱為主導的多家公司共同推出，是一種開放式現(xiàn)場總線，其數(shù)據(jù)容量大，通信速度多級可選擇，能夠適應于較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍。

一般情況下，CC-Link整個一層網絡可由1個主站和64個從站組成。網絡中的主站由PLC擔當，從站可以是遠程I/O模塊、特殊功能模塊、帶有CPU和PLC本地站、人機界面、變頻器及各種測量儀表、閥門等現(xiàn)場儀表設備。且可實現(xiàn)從CC-Link到AS-I總線的聯(lián)接。CC-Link具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，最高可達10Mb/s。CC-Link的底層通信協(xié)議遵循RS485，一般情況下，CC-Link主要采用廣播-輪詢的方式進行通信，CC-Link也支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬間通信。

POWERLINK

POWERLINK“最初是由其原創(chuàng)者貝加萊(B&R)作為私有技術開發(fā)并在2001年推向市場。

之后，自動化的專家們決定開放此項技術，這個協(xié)議在2002年得到公開發(fā)布，并成立了POWERLINK的標準化組織EPSG，在這個組織內部，成員共享Know-how并且合作進行技術的推廣，EPSG最重要的決定是完成對CANopen的集成，它同樣是一個開放的標準，使得它具備了實時協(xié)議。

這個版本的POWERLINK，也因此稱為“以太網上的CANopen”，之后被定義為POWERLINKV2.0版，就是我們今天所指的POWERLINK。

CANopen

德國Bosch公司于1983年研發(fā)CAN協(xié)議，用于汽車傳動系統(tǒng)的網絡通訊。之后稱為國際標準ISO11898，目前CANopen由非營利組織CiA(CANinAutomaion)進行標準的起草及審核工作，基本的CANopen設備及通訊子協(xié)定定義在CANinAutomation(CiA)draftstandard301.中。針對個別設備的子協(xié)定以CiA301為基礎再進行擴充，如針對I/O模組的CiA401及針對運動控制的CiA402。

CANopen在歐洲已成為最普通的協(xié)議，任何一家自動化公司都有CANopen的通訊接口，也成了低配。低配并不代表不好，只是說明其性價比更高。CANopen定義了完整的同步控制機制，使其成為主流的運動控制協(xié)議，除了在CAN總線上運行外，還被搬到了以太網上(CANopenoverEthernet)，形成了著名的PowerLink，EtherCat工業(yè)以太網協(xié)議。

TSN

現(xiàn)有IT網絡由IEEE802標準進行定義，該標準規(guī)定了不同以太網層和功能的要求，并確保了設備之間的互操作性。今天，許多工業(yè)供應商、IT廠商和芯片提供商加入IEEE802和最近剛成立的AVnu聯(lián)盟，共同更新標準以太網協(xié)議，并為IIoT應用的時間敏感型數(shù)據(jù)制定了低延遲數(shù)據(jù)傳輸標準。

這個新標準稱為時間敏感網絡(Time-SensitiveNetworking，簡稱TSN)，旨在解決現(xiàn)有網絡的一些缺點。AVnu聯(lián)盟與Broadcom、Cisco、Intel和NI等成員公司合作，將通過認證推動可互操作生態(tài)系統(tǒng)的建立，這與Wi-Fi聯(lián)盟認證產品和設備是否兼容IEEE802.11標準相似。

TSN的主要優(yōu)勢包括：帶寬目前工業(yè)控制常用的專用以太網協(xié)議僅限于100Mb的帶寬和半雙工通信。TSN將會納入各種標準以太網速率(包括目前正在使用的1Gb、10Gb和400Gb)并支持全工通信。

安全性——TSN對重要的控制網絡進行了保護并集成了最重要的IT安全規(guī)定。分段、性能保護和時間可組合性為安全框架增加了多層保護。

互操作性——通過使用標準的以太網組件，TSN可無縫集成現(xiàn)有棕色地帶應用和標準的IT網絡來提高易用性。TSN提供的另一個優(yōu)勢是：利用標準以太網芯片集就可以利用批量生產的商業(yè)硅芯片，從而降低了組件的成本，相比使用產量較小且基于ASIC的芯片的專用以太網協(xié)議來說，這個優(yōu)勢尤為明顯。

延遲和同步——TSN重點考慮了快速系統(tǒng)響應和閉環(huán)控制應用所需的低延遲通信。它可實現(xiàn)大約數(shù)十微秒的的確定性傳輸時間以及數(shù)十納秒的節(jié)點間時間同步。