目前，全球工業(yè)制造業(yè)發(fā)展的整體主流趨勢(shì)是自動(dòng)化、智能化。在此趨勢(shì)引導(dǎo)下，一系列工業(yè)智能化、自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。一個(gè)完整的工業(yè)智能化、自動(dòng)化解決方案包括了PLC、系統(tǒng)控制軟件、工業(yè)機(jī)器人等若干不同的設(shè)備，而這些組成部份都需要工業(yè)以太網(wǎng)相聯(lián)，構(gòu)成統(tǒng)一整體。高性能、工廠設(shè)備和IT系統(tǒng)集成，以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的需求驅(qū)動(dòng)促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)的增長(zhǎng)。據(jù)HMS發(fā)布2017年工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)份額報(bào)告顯示，工業(yè)以太網(wǎng)的增長(zhǎng)速度比往年更快，增長(zhǎng)率為22％。 

多協(xié)議并存瓶頸的現(xiàn)實(shí)困局

按照HMS的數(shù)據(jù)，工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)在占全球市場(chǎng)的46％（而去年為38％），龐大的市場(chǎng)為眾多通信協(xié)議組織蜂擁而入期待占據(jù)一席之地，包括 EtherNet / IP和PROFINET、EtherCAT、Modbus-TCP和Ethernet POWERLINK，等等。但在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)或工業(yè)4.0的背景下，許多工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)供應(yīng)商和制造商都期待獨(dú)立于制造商的開放式通信平臺(tái)，期望在系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)越來越多的自動(dòng)化流程。

為此，自動(dòng)化必須考慮到IT系統(tǒng)對(duì)于開放數(shù)據(jù)訪問的需求，以及工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)在這方面發(fā)揮了重要作用。相較于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線，這一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，比如在共享傳輸介質(zhì)上高效同步地傳輸大量數(shù)據(jù)。

面對(duì)工業(yè)4.0時(shí)代逐漸走進(jìn)，工業(yè)領(lǐng)域面臨越更快的工業(yè)迭代周期，要求企業(yè)要有更低的產(chǎn)品更新時(shí)間，更高的產(chǎn)品技術(shù)；更加柔性化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，滿足定制化的生產(chǎn)、變化的市場(chǎng)需求；更高的產(chǎn)品質(zhì)量要求，要求生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)的得到質(zhì)量數(shù)據(jù)反饋并作出相應(yīng)的反應(yīng)與決定；更高的生產(chǎn)效能，更高資源和能源的利用率將會(huì)成為未來企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵因素；以及更重要的一點(diǎn)如何能保證信息安全。 

這對(duì)企業(yè)而企業(yè)對(duì)于工業(yè)通訊的未來需求也將隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、挑戰(zhàn)的提升向著這幾個(gè)方向發(fā)展：更高帶寬，現(xiàn)在的通訊已經(jīng)達(dá)到了100Mbps，未來的工業(yè)通訊可以應(yīng)用更高的帶寬，并且擁有確定的拓展性；基于IP標(biāo)準(zhǔn)的通信大幅度增加，兼容性更強(qiáng)實(shí)現(xiàn)多協(xié)議共存；配置靈活，工業(yè)以太網(wǎng)將能夠自動(dòng)分配鏈接設(shè)備名稱個(gè)IP地址。

山不過來我過去，實(shí)時(shí)交換解決多協(xié)議并存困境

作為高性能模擬技術(shù)提供商，ADI一直非常看重工業(yè)應(yīng)用在其業(yè)務(wù)板塊中的重要性，加強(qiáng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域布局上不遺余力，2016年宣布收購Innovasic這家以確定性以太網(wǎng)半導(dǎo)體和軟件解決方案著稱的企業(yè)，正是看重該公司所掌握的一整套多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)解決方案，為ADI適用于工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能自動(dòng)化解決方案產(chǎn)品組合增添了關(guān)鍵的配套技術(shù)。 

特別是該公司的fido5000/ fido5200以太網(wǎng)協(xié)議交換芯片是其重要資產(chǎn)，該芯片提供了兩個(gè)以太網(wǎng)端口的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、多協(xié)議交換(REM)功能。從此，兩個(gè)端口成為如今工業(yè)器件的標(biāo)配，而未來的工業(yè)4.0應(yīng)用必須支持各種常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌缇€狀和環(huán)狀拓?fù)湟约靶切瓮負(fù)洹Ａ硗猓梢赃B接任何主機(jī)處理器，這讓開發(fā)人員可以使用自己的處理器和他們首選的開發(fā)環(huán)境。 

fido5200支持包括EtherCAT在內(nèi)的各種主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。 

REM芯片和處理器之間通過內(nèi)存總線進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)高性能、低延遲/低抖動(dòng)的工業(yè)以太網(wǎng)。內(nèi)存總線還提供了采用PriorityChannel?技術(shù)的主控接口。這一過濾技術(shù)由ADI開發(fā)，采用軟件和硬件功能。它確保來自以太網(wǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)得到及時(shí)處理，而不受協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)利用率的影響，因此避免了非時(shí)間關(guān)鍵型數(shù)據(jù)流量的干擾。這意味著，來自實(shí)時(shí)通道的數(shù)據(jù)會(huì)優(yōu)先于普通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)得到處理。 

ADI公司PriorityChannel技術(shù)的概念

除了交換功能之外，fido5000還具有強(qiáng)大的定時(shí)器控制單元(TCU)。TCU設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機(jī)制。通過四個(gè)專用輸出或四個(gè)通用輸入/輸出，可以實(shí)現(xiàn)輸入捕捉等其他功能，也可以輸出任何方波信號(hào)。這些端口均直接與同步時(shí)間同相。例如，它能以64位分辨率對(duì)四個(gè)輸入端中任何一處的邊沿到達(dá)加蓋時(shí)間戳。在輸出端，任何數(shù)字信號(hào)模式都可以與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步輸出。這意味著可以將用戶的應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，周期時(shí)間甚至低至不到31.25μs。 

但fido5000的功能還不僅限于此——該芯片已經(jīng)為未來做好了準(zhǔn)備！fido5000支持時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)。未來基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的需求將能夠滿足運(yùn)動(dòng)控制或安全等應(yīng)用非常苛刻的實(shí)時(shí)要求。TSN是由IEEE 802.1工作組定義的一組標(biāo)準(zhǔn)。它兼容現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)。實(shí)際上，TSN定義了交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中用于時(shí)間控制數(shù)據(jù)路由的第一個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)。因此，IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)中的確定性實(shí)時(shí)通信可以通過為幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件上消息路徑生成的公共時(shí)基和時(shí)間表來實(shí)現(xiàn)。 

除了純REM交換機(jī)芯片fido5000，ADI還利用fido5000提供了一個(gè)完整的解決方案，稱為RapID平臺(tái)。RapID平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了所有常見的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可輕松集成到非以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。這使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠滿足工業(yè)4.0應(yīng)用的要求。常見工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)均已經(jīng)過預(yù)先認(rèn)證。RapID平臺(tái)另一個(gè)有趣的功能是動(dòng)態(tài)集成的Web服務(wù)器。通過此功能，用戶可以讀取并修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以及用非常簡(jiǎn)單的方式輸入和輸出數(shù)據(jù)。

本文總結(jié)：

目前，世界各地的制造工廠都依賴以太網(wǎng)解決方案來滿足工業(yè)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性能和耐用性的要求。與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線相比，以太網(wǎng)能提供更快的速率，能更好地處理大批量數(shù)據(jù)，最終還能通過卓越的能效比和更加高效的設(shè)備節(jié)省更多開支。以太網(wǎng)還能單挑重任，作為唯一的組網(wǎng)技術(shù)，把車間的自動(dòng)化系統(tǒng)連接到用于控制車間的企業(yè)IT系統(tǒng)——在提升性能的同時(shí)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的整體設(shè)計(jì)。

在工廠里，以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)始終都是其熟悉度和靈活性——它可以把工業(yè)和辦公網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一起來，并且在帶寬等關(guān)鍵領(lǐng)域超過現(xiàn)場(chǎng)總線，還直接支持TCP/IP。隨著多協(xié)議交換功能的實(shí)現(xiàn)以及時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)一類的項(xiàng)目的持續(xù)發(fā)展不但會(huì)擴(kuò)大以太網(wǎng)在自動(dòng)化行業(yè)的運(yùn)用范圍，同時(shí)還能進(jìn)一步提高工廠的效率。