現(xiàn)今全球各地的製造工廠都在仰賴乙太網(wǎng)路解決方案來實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用所需的即時(shí)性能和耐用性。相較於傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)匯流排，乙太網(wǎng)路在速度上更快，處理大量數(shù)據(jù)的能力也更佳，最終，還可通過卓越的能源效率和更高效的設(shè)備來節(jié)省更多的能源。它也可以作為單一的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將廠區(qū)中的自動(dòng)化系統(tǒng)連接到在控制之下的企業(yè)IT，此舉不僅可提高性能，同時(shí)還可簡化整體的網(wǎng)路設(shè)計(jì)。

乙太網(wǎng)路為什麼在製造的應(yīng)用中有如此出色的表現(xiàn)？而它又是如何實(shí)現(xiàn)這樣的出色表現(xiàn)？其背後的原因有很多，但有幾點(diǎn)值得注意：

●為避免發(fā)生碰撞（collision）的情形，大多數(shù)的工業(yè)乙太網(wǎng)路現(xiàn)在都是以全雙工的方式運(yùn)作。儘管以半雙工的方式運(yùn)作可能會(huì)發(fā)生碰撞的情形，但在碰撞與訊框的比率超過某個(gè)臨界值之前，它們可能還不算是問題。然而全雙工則可以完全避免碰撞[1]。

●像設(shè)置工業(yè)乙太網(wǎng)路的其他常見環(huán)境一樣，如風(fēng)電場(chǎng)、石油和天然氣精煉廠，工廠也經(jīng)常受到惡劣環(huán)境和操作條件的影響。操作人員必須考慮到振動(dòng)，微粒物質(zhì)和極端溫度，但他們可以考慮在自動(dòng)化和控制系統(tǒng)中使用工業(yè)乙太網(wǎng)路的電纜和連接器，以克服這些情況所帶來的挑戰(zhàn)。

●工業(yè)乙太網(wǎng)路可為拓墣和協(xié)定提供多種選擇。例如，雖然星形拓墣是商業(yè)乙太網(wǎng)路主要使用的拓墣，但工廠可以不必採用它，而使用環(huán)形拓墣來實(shí)現(xiàn)冗餘和快速恢復(fù)。此外，諸如EtherNet / IP和EtherCAT等協(xié)定涵蓋了廣泛的使用案例和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

●在這一系列探討工業(yè)乙太網(wǎng)路為製造業(yè)所帶來的效益的文章中，將先說明為什麼乙太網(wǎng)路已成為廠內(nèi)自動(dòng)化的一種可實(shí)行選擇。在這樣的基礎(chǔ)上，我們將進(jìn)一步探討乙太網(wǎng)路和Wi-Fi的未來進(jìn)展將如何協(xié)助工廠朝向物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，之後還將討論如何在整個(gè)工廠實(shí)施圍繞著EtherNet / IP所建構(gòu)的網(wǎng)路。

乙太網(wǎng)路在自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的過去和未來

標(biāo)準(zhǔn)化和性能造就所有的差異

乙太網(wǎng)路的發(fā)展在數(shù)十年前就開始了，已培養(yǎng)出了陣容堅(jiān)強(qiáng)的製造群，以推動(dòng)產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)的快速發(fā)展。隨著乙太網(wǎng)路性能的提高，速度和成熟度的結(jié)合使乙太網(wǎng)路成為一種可行的方案，可用來替代為基於串行介面所打造的協(xié)定。

例如，考慮開發(fā)控制器和交換器以支援基於乙太網(wǎng)路的自動(dòng)化系統(tǒng)。當(dāng)今的晶片可以透過即時(shí)作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行修改，以支援確定性處理，而其I / O控制器則可與從EtherNet / IP到Modbus / TCP的任何工業(yè)自動(dòng)化協(xié)定搭配使用[2]。

這些產(chǎn)品象徵著工業(yè)乙太網(wǎng)路在現(xiàn)代化製造工廠中所能執(zhí)行的工作。週期響應(yīng)時(shí)間可以優(yōu)化，同時(shí)防止不必要的斷開。另一項(xiàng)效益是，乙太網(wǎng)路社群的供應(yīng)商和標(biāo)準(zhǔn)組織則是藉由自動(dòng)化解決方案，提供持續(xù)性的支援，以克服許多的挑戰(zhàn)。

ARC諮詢集團(tuán)副總裁Chantal Polsonetti在2013年<自動(dòng)化世界>（Automation World）的一篇文章中解釋指出：「乙太網(wǎng)路和無線網(wǎng)路兩者的頻寬都比大多數(shù)專用自動(dòng)化網(wǎng)路的頻寬來得大，而且在很大程度上是依靠已建立的標(biāo)準(zhǔn)化組織和廣大的供應(yīng)商基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的發(fā)展[3]。特別的是，乙太網(wǎng)路已經(jīng)展示出它能夠在正確的時(shí)間將正確的數(shù)據(jù)可靠地送到正確的位置，而製造商則同時(shí)在廣泛地應(yīng)用無纜線的無線儀器來應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)上所面臨到的各種挑戰(zhàn)，從改進(jìn)的流程性能、可靠性和效率到符合政府的命令要求等。」

對(duì)於要整合到物聯(lián)網(wǎng)中的自動(dòng)化系統(tǒng)而言，乙太網(wǎng)路獨(dú)特的性能特性也很有用，它可作為這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)所承諾的大部份概念是使用即時(shí)的數(shù)據(jù)和活動(dòng)而不是歷史資訊來支援決策的制訂。Polsonetti在她的文章中指出，系統(tǒng)級(jí)別可以改進(jìn)，從而克服機(jī)器和設(shè)備級(jí)別的限制。

在本系列的下一篇文章中，我們將回到我們已經(jīng)介紹過的幾項(xiàng)主題，即EtherNet / IP和PROFINET等工業(yè)乙太網(wǎng)路協(xié)定。然而，我們不再探討它們的基本特徵，而是研究如何在工廠中實(shí)施它們，尤其是在整個(gè)工廠的自動(dòng)化和建立匯聚式網(wǎng)路的服務(wù)，而這是工程師和IT的關(guān)鍵利益所在。

參考文獻(xiàn)

[1] “How to Avoid Collision in Ethernet Port.” Cisco Support Community, July, 2008.

[2] Industrial Networking ICs. Innovasic.

[3] Chantal Polsonetti. “Ethernet and Wireless Enable Manufacturing Internet of Things.” Automation World, July, 2013.