在工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下,，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)向數(shù)字化轉(zhuǎn)變,。生產(chǎn)場(chǎng)所在不斷改變,。各生產(chǎn)地點(diǎn)都在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接,；彼此之間、公司不同部門之間可以通信,，甚至跨公司范圍與外界通信,。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)控、優(yōu)化機(jī)械裝置和技術(shù)系統(tǒng)可以大幅提高總體生產(chǎn)效率,。但是,，這需要企業(yè)中的所有參與者（無(wú)論是人還是機(jī)器）始終保持通信,，以交換海量數(shù)據(jù)和各種參數(shù)。

圖1.聯(lián)網(wǎng)工廠中各種參與者應(yīng)用示例,。

圖2.從簡(jiǎn)單的模擬傳感器轉(zhuǎn)向智能傳感器,。智能模擬傳感器包括整個(gè)信號(hào)鏈和處理單元。

以前,，連接相對(duì)簡(jiǎn)單,，將來(lái)自各種系統(tǒng)的模擬傳感器信號(hào)傳輸給中央控制器并進(jìn)行數(shù)字化處理即可，但是,，在工業(yè)4.0時(shí)代,，傳感器也開始采用數(shù)字化技術(shù)。采用能夠集成到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的任何位置的所謂智能傳感器之后,，即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字形式傳輸記錄的數(shù)據(jù)量。如圖2所示,，除了實(shí)際測(cè)量參數(shù)檢測(cè)之外,，這些智能傳感器將主要的信號(hào)調(diào)理和處理部分集成在單一封裝結(jié)構(gòu)中。

此外,，智能傳感器通常已配備了總線接口,。通過(guò)對(duì)測(cè)量參數(shù)實(shí)施數(shù)字化，能夠以更快速度傳輸更多數(shù)據(jù),。另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)在于信號(hào)傳輸更可靠,。通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸，可以減少甚至完全消除信號(hào)變化和干擾,。此外,，在理想情況下，總線使能傳感器可以通過(guò)即插即用連接至網(wǎng)絡(luò),，意味著控制單元會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到這些傳感器,。如果一個(gè)傳感器故障，其他傳感器會(huì)繼續(xù)正常運(yùn)行,。

但是,，所有這些都要求通用、高度可靠,、實(shí)時(shí)可用的網(wǎng)絡(luò)從單個(gè)傳感器和執(zhí)行器擴(kuò)展至機(jī)器,，最終擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)。以太網(wǎng),，尤其是工業(yè)以太網(wǎng),，已經(jīng)成為一套重要的通信標(biāo)準(zhǔn)。與以前的現(xiàn)場(chǎng)總線相比,，工業(yè)以太網(wǎng)具有決定性的優(yōu)勢(shì),，例如可以在共享傳輸介質(zhì)上高效,、同步地傳輸更大的數(shù)據(jù)量。此外,，工業(yè)以太網(wǎng)提供了基于統(tǒng)一基礎(chǔ)構(gòu)建整個(gè)通信的可能性,，通過(guò)實(shí)時(shí)擴(kuò)展來(lái)補(bǔ)充傳統(tǒng)以太網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)確定性,。

去年,，ADI公司針對(duì)此類應(yīng)用推出了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)多協(xié)議(REM)開關(guān)網(wǎng)關(guān)芯片系列fido5000。該系列產(chǎn)品使用兩個(gè)支持TSN的以太網(wǎng)端口來(lái)實(shí)現(xiàn)（例如）線形,、環(huán)形,、星形和冗余星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹４送?，任何主機(jī)處理器都可以通過(guò)其可配置的存儲(chǔ)器總線接口與開關(guān)芯片連接,。盡管各種標(biāo)準(zhǔn)在不斷變化，由于fido5000 REM開關(guān)靈活支持當(dāng)前的每個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,，因此有助于開發(fā)人員面向未來(lái)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品,。

這些優(yōu)勢(shì)通過(guò)JUMO Group得以實(shí)現(xiàn)；JUMO Group是一家在全球范圍內(nèi)運(yùn)營(yíng)的德國(guó)家族性SMB,，位于富爾達(dá)地區(qū),。JUMO面向食品、空調(diào),、機(jī)械工程,、化學(xué)和制藥、包裝以及水和廢水等眾多行業(yè),，開發(fā)和生產(chǎn)用于測(cè)量,、控制和分析物理量和化學(xué)量的多種產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案。在這些行業(yè)領(lǐng)域,，隨時(shí)隨地都需要通過(guò)大型網(wǎng)絡(luò)傳輸多種過(guò)程數(shù)據(jù),。對(duì)于fido5000，這是理想應(yīng)用場(chǎng)景,，也是其用于最新的JUMO設(shè)計(jì)DICON touch的原因所在,。

JUMO DICON Touch

DICON touch是一款2通道過(guò)程和編程控制器，可以通過(guò)TFT彩色顯示屏查看,，支持直觀的觸摸操作,。除了提供以前具有的RS-422/RS-485 MODBUS? RTU、以太網(wǎng)和PROFIBUS? DP接口之外,，最新款DICON touch還可以與PROFINET控制器連接并與其通信,。上述功能通過(guò)集成的fido5000 2端口開關(guān)實(shí)現(xiàn)，該開關(guān)支持構(gòu)建簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｔ摼W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用具備多種集成特性,，包括注冊(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估,、設(shè)置配置，以及用于實(shí)現(xiàn)在線可視化的Web服務(wù)器功能,；此外,，還支持PROFINET實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。通過(guò)認(rèn)證可保證符合PROFINET標(biāo)準(zhǔn),，并兼容來(lái)自不同制造商的應(yīng)用,。

圖3.DICON touch 2通道過(guò)程和編程控制器——首款配備PROFINET接口的JUMO產(chǎn)品。

ADI和JUMO建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系,。2016年,，通過(guò)收購(gòu)Innovasic，ADI公司擴(kuò)展了其工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品系列,。這使得ADI能夠幫助客戶實(shí)現(xiàn)一系列工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用,，與JUMO的合作彰顯了這一點(diǎn)，而這又對(duì)雙方的合作產(chǎn)生了積極影響,。通過(guò)與JUMO合作,，ADI公司從單個(gè)組件供應(yīng)商一躍成為真正的設(shè)計(jì)合作伙伴。JUMO GmbH的產(chǎn)品經(jīng)理Klaus Otto表示：“ADI公司是非常不錯(cuò)的合作伙伴,，在我們?yōu)槎嗤ǖ肋^(guò)程和編程控制器JUMO DICON touch開發(fā)PROFINET接口的過(guò)程中,，為我們提供了極有力的專業(yè)支持,?！?/p>

ADI公司非常重視這種合作伙伴關(guān)系，未來(lái)會(huì)繼續(xù)進(jìn)一步擴(kuò)展,。ADI公司展開合作的方式,，以及利用各自的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)雙贏的特點(diǎn)，使其在這些合作伙伴中脫穎而出,。例如,，ADI公司通過(guò)在早期階段采用最新技術(shù)和解決重大挑戰(zhàn)，為其合作伙伴提供全面的工業(yè)4.0專業(yè)技術(shù)支持,。

最終,，ADI不斷發(fā)展，超越了傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司的范疇,，打破硅芯片技術(shù)的邊界,，并大力投資于軟件、系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)和專項(xiàng)技術(shù)開發(fā),。這種知識(shí)積累與覆蓋傳感器到云的整個(gè)信號(hào)鏈的各種精選功能相結(jié)合,。從系統(tǒng)層面解決各種挑戰(zhàn)。由此加速開發(fā)過(guò)程，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間,。因此,，通過(guò)更早開發(fā)下一代產(chǎn)品來(lái)提升競(jìng)爭(zhēng)力。ADI無(wú)論作為被動(dòng)合作伙伴提供幫助,，還是作為主動(dòng)合作伙伴,，積極提供技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)等支持,，都盡力滿足合作伙伴的所有需求,。

特別是在開發(fā)DICON touch過(guò)程中，ADI提供了一種解決方案,，能夠滿足基于以太網(wǎng)協(xié)議PROFINET設(shè)計(jì)所有器件的需求,。挑戰(zhàn)在于，需要開發(fā)一款能夠?yàn)榭蛻籼峁o(wú)數(shù)可能的通用型器件,。DICON touch采用功能強(qiáng)大的模塊化概念設(shè)計(jì)：提供簡(jiǎn)單的插入卡和用于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的集成式PHY,，或者提供具有PROFINET功能的外接插入卡。Klaus Otto表示：“開發(fā)期間,，我們特別關(guān)注單個(gè)PROFINET解決方案,，市面上還沒(méi)有具備這些功能的同類解決方案?！?/p>

除了fido5000 REM開關(guān)芯片外,，在DICON touch開發(fā)中還用到了集成式RapID平臺(tái)。該平臺(tái)展示了以fido5000作為嵌入式設(shè)計(jì)的完整解決方案,。它將fido5000開關(guān)芯片,、通信處理器、JTAG接口,、PHY,，以及Flash?、SDRAM和EEPROM等存儲(chǔ)器集成在同一個(gè)電路板上,。下一代RapID平臺(tái)將采用功能更強(qiáng)大,、更節(jié)能的ARM? Cortex?-M4處理器作為通信處理器，可根據(jù)需要,，在該處理器上執(zhí)行更多處理功能,。開發(fā)DICON touch期間，JUMO對(duì)現(xiàn)有RapID平臺(tái)的特性非常感興趣,，例如,，該平臺(tái)提供的常見(jiàn)預(yù)認(rèn)證工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。RapID平臺(tái)支持下載所有相關(guān)信息,，例如電路圖和布局?jǐn)?shù)據(jù),，這大大縮短了開發(fā)時(shí)間。RapID平臺(tái)還提供動(dòng)態(tài)集成web服務(wù)器，可通過(guò)簡(jiǎn)單的方式讀取或更改網(wǎng)絡(luò)參數(shù),，以及輸入和輸出數(shù)據(jù),；DICON touch也具備這一特性。該平臺(tái)還可以通過(guò)RMII和I2C接口配置PHY,。此外,，由于固件已在DICON touch上生成鏡像，因此PROFINET模塊可以在啟動(dòng)時(shí)更新,。

圖4.基于fido5000的RapID平臺(tái)可用作評(píng)估套件,。

所以，RapID平臺(tái)針對(duì)DICON touch的靈活配置也支持固件更新和網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn),。對(duì)于DICON touch開發(fā),，存在無(wú)限創(chuàng)新可能。例如,，電子器件上不會(huì)提供標(biāo)準(zhǔn)閃爍LED,，這是PROFINET的一項(xiàng)重要特性。相反,，DICON touch的整個(gè)LED顯示屏?xí)W爍,。

開發(fā)DICON touch期間，網(wǎng)絡(luò)安全也是一項(xiàng)重要因素,。工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)法通過(guò)通用型解決方案實(shí)現(xiàn),。而是需要根據(jù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采取長(zhǎng)遠(yuǎn)方法,。作為安全策略的一部分,，ADI公司盡力提高以太網(wǎng)元件的安全性。所以,，當(dāng)前的工業(yè)以太網(wǎng)和TSN解決方案就是該公司安全開發(fā)工作的重點(diǎn),?；趂ido5000的RapID平臺(tái)補(bǔ)充了多項(xiàng)安全特性,，可提供密鑰管理、安全引導(dǎo),、安全更新和安全存儲(chǔ)器訪問(wèn),，以抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊。

結(jié)論

ADI利用fido5000系列和RapID平臺(tái),，為合作伙伴提供出色的應(yīng)用解決方案,，幫助客戶滿足實(shí)時(shí)功能、可靠性和安全性等未來(lái)需求,。因此,，ADI不僅能為客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，同時(shí)還提供開發(fā)合作或開發(fā)支持。這種合作優(yōu)勢(shì)通過(guò)新型JUMO DICON touch過(guò)程控制器得到印證,。通過(guò)雙方的通力合作,，項(xiàng)目如期完成，成功獲得安全可靠的前瞻性解決方案,。

作者簡(jiǎn)介

Thomas Brand于2015年加入德國(guó)慕尼黑的ADI公司,，當(dāng)時(shí)他還在攻讀碩士。畢業(yè)后,，他參加了ADI公司的培訓(xùn)生項(xiàng)目,。2017年，他成為一名現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師,。Thomas為中歐的大型工業(yè)客戶提供支持,，并專注于工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域。他畢業(yè)于德國(guó)莫斯巴赫的聯(lián)合教育大學(xué)電氣工程專業(yè),，之后在德國(guó)康斯坦茨應(yīng)用科學(xué)大學(xué)獲得國(guó)際銷售碩士學(xué)位,。