根據(jù)IMSResearch的一項新的研究表明，隨著現(xiàn)場總線技術在工業(yè)網絡市場的領導面臨越來越多的挑戰(zhàn)，流程工業(yè)中以太網的節(jié)點數(shù)從2011至2016年增長了近一倍，并且在近一段時期，工業(yè)以太網的普及率已經開始反超現(xiàn)場總線成為了主流網絡技術。

如何選擇工業(yè)以太網技術標準至關重要

    在今年二月HMS工業(yè)網絡公司發(fā)布的工業(yè)網絡市場的年度報告中，重點分析了全球工廠自動化中的新安裝節(jié)點狀況，從中也可一窺目前工業(yè)通訊的發(fā)展趨勢。HMS指出，工業(yè)以太網和無線網絡的增長正在加速，這主要歸功于日益增長的對工業(yè)設備互連以及工業(yè)物聯(lián)網的需求。工業(yè)以太網現(xiàn)在占據(jù)了46%的市場份額(去年占38%)，無線技術也在加強，目前占據(jù)了6%的市場份額(去年占4%)，現(xiàn)場總線為48%。工業(yè)以太網的增長速度高達22%。其中，EtherNet/IP和PROFINET占頭把交椅，PROFINET在中歐以及EtherNet/IP在北美都處于市場的主導地位，其后是EtherCAT、Modbus-TCP和EthernetPOWERLINK。

    縱觀當前工業(yè)制造企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，大致可歸納為：降低產品的上市時間，更低的產品更新時間，更高的產品技術，更大的數(shù)據(jù)量；增加柔性設備，實現(xiàn)定制化的生產，更高的生產能力，能適應市場快速的變化；提高產品質量，對生產過程中進行實時監(jiān)控，及時得到質量數(shù)據(jù)反饋，并作出決策；提高生產能效，更高資源和能源的利用率將會成為未來企業(yè)競爭的關鍵因素之一；能保證數(shù)據(jù)安全和信息安全。

    針對上訴需求趨勢，制造企業(yè)對于工業(yè)通訊的未來需求也將隨著市場競爭、挑戰(zhàn)的提升，而向著以下幾個方向發(fā)展：

    1.更高帶寬，未來的工業(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.標準統(tǒng)一，基于IP標準的通信應用將大幅度增加；

    3.配置靈活，工業(yè)以太網將能夠自動分配鏈接設備名稱個IP地址；

    4.兼容性強，可完全兼容IEEE、IETF、IEC等相關標準。

    此外，從工業(yè)以太網的發(fā)展前景來看，在未來的工業(yè)通信市場中，從現(xiàn)場、控制層、車間層、公司層到云平臺，從底層到上層，實時通信和開放的網絡通信將集成于同一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)一個整體的通訊系統(tǒng)。

    在目前市場上已有的各種工業(yè)以太網標準技術中，有五種不同的重要協(xié)議為實時以太網現(xiàn)場總線提供了優(yōu)越的性價比和開放標準，它們是EtherCAT，EtherNet/IP，以太網Powerlink，PROFINETIRT和SERCOSIII；此外還有其他

    一些以太網技術標準，但它們的組件在開源社區(qū)中沒有被充分的公布，或被認為是標準和開放的，其中包括三菱CCLinkField、安川MechatrolinkIII等等。

    衡量一個標準是否有發(fā)展前景、能否提供長期可行性的方法是檢查其市場占有率，這也是目前各個主要廠商加緊市場推廣和開拓的目的所在。其次，支持最佳的實現(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，也是一項標準成功的先決條件。另外，如果市場上沒有太多支持該標準的供應商，就無法通過競爭將成本盡量降低，同時提高標準的質量和穩(wěn)健性的機會也會較少；更糟糕的是，市場上如果沒有太多供應商，用戶也不太可能采用該標準，因此，需要大量的供應商和戶同時進入這一標準市場，才能引導更多的其他廠商廣泛采用這一標準，該標準才會真正具有長期的可行性。

工業(yè)以太網建設7要素

網絡布局

    辦公室的網絡拓撲布局并不適用于工廠生產層，那里采用的是工廠/機器的以太網拓撲布局。辦公室以太網的基礎架構通常是由商業(yè)級的產品構建，它們在恒溫的環(huán)境和星型拓撲構建的交換網絡中可以很好地發(fā)揮作用;而與此不同，工業(yè)以太網架構常常要面對多變的意外情況，因此需要具有一些額外的功能，例如高速冗余等。工業(yè)以太網會采用多種不同的拓撲網絡布局方式(星型、環(huán)型、樹型、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)以太網的交換機一般由相應的自控系統(tǒng)集成商負責配置和維護。

通信協(xié)議

    對控制系統(tǒng)集成商來說，最要緊的是要認識到以太網只是一個網絡架構，要使它能夠在自控設備間實現(xiàn)通信，所以你需要一個工業(yè)級的通信協(xié)議。IEEE802.3以太網標準定義了接線方式、數(shù)據(jù)讀寫規(guī)則和以太網架構的結構。雖然使用這個網絡標準的不同設備可以在同一網段里實現(xiàn)通信，但前提條件是它們必須采用相同的網絡協(xié)議，或者說“通信語言”。Profinet是一個專為工業(yè)應用設計的通信協(xié)議，它為分布式I/O、機器與機器間的連通性、機器的安全性以及動作控制提供了相應的功能。

處理能力

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

    是最關鍵的因素之一，它的衡量標準是單位時間內的網絡數(shù)據(jù)傳輸量。而唯一能改進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)比一個標準的以太網TCP/UDP工具要少十幾倍。這是由于，Profinet為一些對時間有苛刻要求的重要工作專門設置了一個以太網實時通道，而與此同時，它的配置、診斷、路由以及“大容量數(shù)據(jù)傳輸”的通信都通過標準TCP/IP通道完成。

網絡配置

    網絡的設置簡單是一方面，但更重要的是，實現(xiàn)通信的編程工作絕對不能太復雜。Profinet能夠通過配置而不是編程，來實現(xiàn)設備間的通信。通過一種對象呼應的配置設備之間內部通信的方法，而不是傳統(tǒng)的編程調試的方法，系統(tǒng)集成商和最終用戶能夠節(jié)約至少25%的建設以及調試試車的時間。

先期計劃

    僅考慮眼前的應用是不夠的，當前的以太網必須能滿足將來所有可能的應用需要。Profinet使用戶能按照自己的步調，只采用單一的以太網網絡，就能實現(xiàn)一個高度集成的、適用于不同控制功能(如點對點通信、分布式I/O、機器安全性、動作控制以及數(shù)據(jù)采集)的自控系統(tǒng)。它同樣也為今后可能的擴展進行了準備。

舊系統(tǒng)改造

    工業(yè)以太網的要素并不僅僅局限于以太網本身，如何與現(xiàn)有網絡和不同供應商提供的機器集成并正常工作，是必須要考慮的問題之一。既然Profinet使用的是標準以太網交換機，并采用TCP/IP的協(xié)議組件，那么基于Profinet的系統(tǒng)應該能適用整個自控網絡，而不需要另外增加高端交換機或者特殊的功能，例如IGMPsnooping和VLAN。Profinet同時也提供了將不同供應商的產品接入同一網絡的解決辦法。通過XML，它將每個機器作為一個部件來處理，相對獨立于內部核心的控制系統(tǒng)，這就是以部件為控制單位的自動化概念。

費用

    對工業(yè)以太網絡來說，最重要的費用支出并不是構建網絡的組件，而是設計、安裝和維護的部分。Profinet和其他類似的工業(yè)以太網構架采用IT技術的成果，例如OPC和SNMP，來監(jiān)視和顯示網絡的狀態(tài)。此外，它的診斷功能能夠將網絡的狀態(tài)直接在包括PLC和SCADA系統(tǒng)在內的自控系統(tǒng)上反映出來。這樣組態(tài)設置和故障查找都可以在中央控制室內完成，大大簡化了操作。