工業(yè)以太網(wǎng)是否已為工業(yè)4.0做好準備？

工業(yè)4.0對制造商的數(shù)據(jù)驅(qū)動決策提出了要求，工業(yè)以太網(wǎng)需要處理更高的速度和容量。

如果回顧過去30 年的發(fā)展歷程，我們會清晰的發(fā)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡最重要的一個趨勢——隨著技術更新在整個市場上的傳播和應用，工業(yè)網(wǎng)絡的速度不斷加快。在其中，標準也起到了一定作用，有時會影響工業(yè)網(wǎng)絡的變革。

在新安裝的節(jié)點中，工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)量已經(jīng)超過了現(xiàn)場總線技術節(jié)點，并且工業(yè)4.0 的影響對其發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。那么工業(yè)以太網(wǎng)如何適應工業(yè)網(wǎng)絡通信的未來需求？

技術生命周期的經(jīng)典模型是創(chuàng)新、早期采用、擴散、整合和標準化，然后進行更換。考慮到外部影響的廣泛變化，正在不斷打破舊有的事件順序。從概念角度來看，工業(yè)4.0 正在推動變革。由此產(chǎn)生的實際挑戰(zhàn)，例如跨平臺集成、大數(shù)據(jù)以及迅速發(fā)展的人工智能（AI）都是影響網(wǎng)絡技術發(fā)展的重要外部力量。

與仍在進行中的現(xiàn)場總線的應用和整合相比，以太網(wǎng)在工業(yè)控制網(wǎng)絡中的應用增長迅速。以太網(wǎng)技術的開放性，也為工業(yè)網(wǎng)絡提供了更多的可能性。

制造業(yè)升級的加速意味著，隨著企業(yè)進入工業(yè)4.0，它們需要考慮如何構建工業(yè)通信基礎設施以保持競爭力和蓬勃發(fā)展。盡管工業(yè)以太網(wǎng)可以提供面向未來的系統(tǒng)，但其性能的高低也可以影響企業(yè)數(shù)字化轉型的效果。

工業(yè)4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）要求從最小的傳感器到企業(yè)級系統(tǒng)的無縫互連。這些概念所描繪的未來，將建立在大量數(shù)據(jù)的基礎上。數(shù)據(jù)可以提供對制造過程的可行見解。

未來的通信基礎架構

希望獲得成功的制造公司要充分利用這些數(shù)據(jù)，而又不致使其通信系統(tǒng)癱瘓。未來的通信基礎架構可能會包含云計算的線索。不久的將來，云將包含虛擬可編程邏輯控制器（PLC）和虛擬監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA），可實時收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到工廠車間設備。

工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡已成為工業(yè)通信的一個重要支柱，無論其所處位置如何，它們通過連接不同的設備、機器、系統(tǒng)和用戶，來幫助控制工業(yè)、基礎設施和公用事業(yè)。在各種以太網(wǎng)協(xié)議中，數(shù)據(jù)傳輸可能有所不同。以太網(wǎng)的性能會影響處理當前和未來數(shù)據(jù)共享需求的能力。

不管企業(yè)現(xiàn)有網(wǎng)絡和系統(tǒng)的性能如何，雖然現(xiàn)在能滿足要求，但未來未必能夠滿足需求。如果企業(yè)不及時升級，它們將落在后面，因為它們無法成功地采用工業(yè)4.0，也無法獲得對制造過程的效率提升。

工業(yè)以太網(wǎng)的性能比較

圖片來源：CLPA

CC-Link IE Field 與傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)技術的網(wǎng)絡性能比較。

關鍵概念：

■ 由于工業(yè)4.0 的興起，工業(yè)以太網(wǎng)已成為制造企業(yè)的支柱。

■ 以太網(wǎng)的性能可能影響企業(yè)數(shù)字化的實施效果。

思考一下：

貴公司正在為工業(yè)4.0 和IIoT 做準備嗎？

選擇工業(yè)以太網(wǎng)的注意事項

在為自動化應用選擇工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議時，請考慮與其它協(xié)議的兼容性、與傳統(tǒng)網(wǎng)絡集成并提供靈活拓撲的能力。另外，通常建議使用網(wǎng)管交換機，而不是非網(wǎng)管交換機（除非您非常希望使用非網(wǎng)管交換機）。

建議在選擇工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議時，應充分考慮以下注意事項：

●使用開放的工業(yè)以太網(wǎng)標準，該標準采用未經(jīng)修改的標準以太網(wǎng)，同時保持高性能以及集成功能安全性、運動、能源管理以及冗余的能力。

●允許與其它協(xié)議共存的高速控制和流量，這是工業(yè)網(wǎng)絡的未來。隨著制造企業(yè)開始進入工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）領域，更多信息正在提供給更高級別的系統(tǒng)。能與其它協(xié)議配合使用的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡，提供了一種面向未來的措施。

●為正確的任務推廣合適的工具。工業(yè)以太網(wǎng)應為工廠數(shù)據(jù)提供高速、高效的中繼。OPC基金會的統(tǒng)一體系架構（OPC UA）以及超文本傳輸協(xié)議（HTTP）等其它協(xié)議，可以連接到制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、分析或云架構。先進的連接性為未來創(chuàng)造了穩(wěn)健的基礎架構。

●利用標準化的途徑和方法來集成舊式現(xiàn)場總線。如果協(xié)議規(guī)格書預先確定了如何通過代理將數(shù)據(jù)引入網(wǎng)絡，則過渡過程將很順利。

●允許使用任何類型的拓撲，例如線形、樹形、星形、無線、光纖和環(huán)形（見下圖）。

圖片來源：PI

當任何拓撲都是可能時，在需要的地方布置設備和布線更容易，從而可以從網(wǎng)絡實施開始就最大程度地提高效率。

●使用托管或非托管交換機。通常來說，使用托管以太網(wǎng)交換機可以更好的提高網(wǎng)絡性能、診斷、網(wǎng)絡安全和模塊化網(wǎng)絡設計。

●通過使用各種類型的診斷和工具來提升正常運行時間。網(wǎng)絡診斷包括三種常規(guī)類型：設備相關、網(wǎng)絡相關和過程相關。生成的錯誤消息應標準化，以便可以獨立于所用工具來提取診斷信息。該工具可能是工程實施系統(tǒng)、專用診斷工具或網(wǎng)頁瀏覽器。

●支持即插即用設備更換，以自動恢復運營，從而可以減少停機時間和相關成本。