目前,，全球工業(yè)制造業(yè)發(fā)展的整體主流趨勢是自動化,、智能化,。在此趨勢引導(dǎo)下，一系列工業(yè)智能化,、自動化設(shè)備產(chǎn)業(yè)市場迅速擴大,。一個完整的工業(yè)智能化、自動化解決方案包括了PLC,、系統(tǒng)控制軟件,、工業(yè)機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)動促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)的增長,。據(jù)HMS發(fā)布2017年工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場份額報告顯示，工業(yè)以太網(wǎng)的增長速度比往年更快,，增長率為22％,。
多協(xié)議并存瓶頸的現(xiàn)實困局
按照HMS的數(shù)據(jù)，工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)在占全球市場的46％（而去年為38％），龐大的市場為眾多通信協(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)自動化技術(shù)供應(yīng)商和制造商都期待獨立于制造商的開放式通信平臺,，期望在系統(tǒng)范圍內(nèi)實現(xiàn)越來越多的自動化流程,。
為此，自動化必須考慮到IT系統(tǒng)對于開放數(shù)據(jù)訪問的需求,，以及工業(yè)控制系統(tǒng)的實時要求,。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)場總線,，這一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，比如在共享傳輸介質(zhì)上高效同步地傳輸大量數(shù)據(jù),。
面對工業(yè)4.0時代逐漸走進(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)品更新時間,，更高的產(chǎn)品技術(shù),；更加柔性化的產(chǎn)品設(shè)計，滿足定制化的生產(chǎn),、變化的市場需求,；更高的產(chǎn)品質(zhì)量要求，要求生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控,，及時的得到質(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成為未來企業(yè)競爭的關(guān)鍵因素,；以及更重要的一點如何能保證信息安全,。
這對企業(yè)而企業(yè)對于工業(yè)通訊的未來需求也將隨著市場競爭、挑戰(zhàn)的提升向著這幾個方向發(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,，兼容性更強實現(xiàn)多協(xié)議共存；配置靈活,，工業(yè)以太網(wǎng)將能夠自動分配鏈接設(shè)備名稱個IP地址,。
山不過來我過去，實時交換解決多協(xié)議并存困境
作為高性能模擬技術(shù)提供商，ADI一直非?？粗毓I(yè)應(yīng)用在其業(yè)務(wù)板塊中的重要性,，加強工業(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)自動化和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能自動化解決方案產(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),，該芯片提供了兩個以太網(wǎng)端口的實時以太網(wǎng),、多協(xié)議交換(REM)功能。從此,，兩個端口成為如今工業(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)?。另外,，它可以連接任何主機處理器，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，以實現(xiàn)高性能,、低延遲/低抖動的工業(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,，因此避免了非時間關(guān)鍵型數(shù)據(jù)流量的干擾,。這意味著，來自實時通道的數(shù)據(jù)會優(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還具有強大的定時器控制單元(TCU)。TCU設(shè)計用于實現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機制,。通過四個專用輸出或四個通用輸入/輸出,，可以實現(xiàn)輸入捕捉等其他功能，也可以輸出任何方波信號,。這些端口均直接與同步時間同相,。例如，它能以64位分辨率對四個輸入端中任何一處的邊沿到達(dá)加蓋時間戳,。在輸出端,，任何數(shù)字信號模式都可以與網(wǎng)絡(luò)時間同步輸出,。這意味著可以將用戶的應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)時間同步，周期時間甚至低至不到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動控制或安全等應(yīng)用非?？量痰膶崟r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),。實際上,，TSN定義了交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中用于時間控制數(shù)據(jù)路由的第一個IEEE標(biāo)準(zhǔn)。因此,，IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)中的確定性實時通信可以通過為幾個網(wǎng)絡(luò)組件上消息路徑生成的公共時基和時間表來實現(xiàn),。
除了純REM交換機芯片fido5000，ADI還利用fido5000提供了一個完整的解決方案,，稱為RapID平臺,。RapID平臺實現(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)場設(shè)備中,。這使得現(xiàn)場設(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)議的實現(xiàn)均已經(jīng)過預(yù)先認(rèn)證。RapID平臺另一個有趣的功能是動態(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)用對實時性能和耐用性的要求,。與傳統(tǒng)現(xiàn)場總線相比,，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)——在提升性能的同時簡化網(wǎng)絡(luò)的整體設(shè)計,。
在工廠里，以太網(wǎng)的優(yōu)勢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)場總線,，還直接支持TCP/IP。隨著多協(xié)議交換功能的實現(xiàn)以及時間敏感型網(wǎng)絡(luò)(TSN)一類的項目的持續(xù)發(fā)展不但會擴大以太網(wǎng)在自動化行業(yè)的運用范圍,，同時還能進(jìn)一步提高工廠的效率,。