工業以太網的過去、現在和未來
發布時間：2025-01-03 www.xstr.xyz
圖片來源：西門子
工業通信網絡正不斷發展以改善制造企業的運營效率，工業以太網在其中發揮著關鍵作用。
自誕生以來，網絡技術及其在工業自動化中的應用一直在不斷發展和適應。它們通過增值標準、協議和創新，幫助制造企業解決不同的工程需求。在采用工業網絡行業的新解決方案后，它們擴大了控制工程領域的創新機會。
01 工業通信是如何發展的？
50多年前，第三次工業革命之初，模擬電子技術向數字電子技術轉變，獲得了第一批通信標準的支持。例如，RS-232串行通信標準，提供了兩個設備之間的點對點數據傳輸。隨著具有前瞻性思維的工業參與者接受這一轉變，他們開始努力解決一些緊迫問題，比如，使車間設備能夠遠距離發送信號并相互通信。
為了滿足這些需求，在不到30年的時間里，隨著控制器局域網（CAN）系統和現場總線的推出，網絡技術發生了重大轉變。這些技術開創了一個更加復雜和相互連接的通信時代，從而導致了工業以太網的興起。
▲20 世紀80年代最初由博世公司為汽車應用而設計CAN Bus（一種串行通信協議）
由于其無處不在的特性，工業以太網使更多的傳感器、控制設備和網絡節點能夠高速共享大量數據。它還具有效率、靈活性、遠程訪問、診斷和更快聯網等方面的潛在收益。得益于這些關鍵機遇，工業以太網成為幾乎所有工業應用的基礎傳輸技術。2018年，在工廠自動化領域新安裝的節點數量上，工業以太網超過了傳統的現場總線。
▲2022工業以太網市場份額
02 工業以太網的未來趨勢
工業通信技術和工業以太網的發展并沒有就此止步。隨著制造企業能夠通過工業以太網創建更多數字化和更先進的自動化設置，他們繼續推進車間的發展，從而提出了新的要求。這些需求包括能夠在網絡上容納越來越多的設備，以更高的速度處理不斷增加的數據流量，提高準確性和精確度，以及促進不同供應商之間的數據共享。
▲常見六種工業以太網及其管理組織
為了滿足這些不斷增長的需求，工業以太網技術不斷發展，提高了性能并融入了創新功能。雖然在過去，10 Mbps足以滿足網絡速度和帶寬需求，但它很快就被大多數應用淘汰了，自動化供應商、專家和用戶開始采用100 Mbps，甚至是1 Gbps。帶寬的增加對于支持開發更具競爭力的產品以滿足日益增長的數據驅動型業務需求至關重要。
▲100M、1G、10G的EtherCAT
另一個重要趨勢是向開放的、獨立于供應商的網絡技術轉變。以前，專有解決方案最常見。采用這些技術的用戶會發現自己被綁定到某個供應商的生態系統中，很難集成不同制造商的設備，從而使其功能受限。因此，更具互操作性的替代方案越來越受歡迎。這些替代方案使系統集成商和最終用戶能夠靈活地選擇適合特定需求和預期應用的自動化產品。設備供應商也從這一轉變中受益，因為他們支持與更廣泛的設備兼容，并建立協同合作。
隨著控制工程和工業自動化需求的不斷發展，以太網技術也在不斷發展，為成功的工業物聯網（IIoT）框架提供更高的速度、準確性、互操作性和適應性。隨著企業努力實施更智能的數字化制造實踐，對于控制工程領域網絡技術的進一步調整和創新變得非常必要。
這種高度互聯的IIoT裝置的愿景，可以通過時間敏感型網絡（TSN）實現，TSN是IEEE 802.1規范定義的以太網功能的最新擴展。它根據IEEE 802.1 AS標準，提供準確的分布式時間同步，并根據IEEE 802.1Qbv實現數據流量優先級、調度和排隊功能。
▲工業以太網的未來標準TSN（時間敏感網絡）
這些功能使網絡基礎設施能夠支持最苛刻的高速應用，確保確定性通信，同時為廣泛的互連提供堅實可靠的平臺。這些功能有助于創建統一的IIoT環境，在該環境中，任何類型的數據都可以共享，無論其原始域如何，以支持自動化和有效的數據驅動型決策。
TSN工業自動化一致性協作組織 (TIACC) 的成立等最新進展一直在促進供應商中立的全行業一致性。這與其它舉措一道，旨在滿足市場對同一網絡中不同協議共存的需求，促進供應商之間的合作，以驗證其TSN兼容解決方案，從而提高互操作性。
雖然總體來講，工業以太網和工業網絡已經取得了長足的進步，但如果認為它們已經走到了進化之旅的盡頭，那就太天真了。下一代的創新已經出現，如連接車間、企業和整個供應鏈的無線通信等趨勢。其他趨勢還包括單對以太網 (SPE) 和以太網供電 (PoE) 支持者所倡導的簡化網絡要求。
▲僅通過一對銅線進行以太網數據傳輸的單對以太網（SPE）
不過，總會有意想不到的發展空間。新的用戶需求和應用可能要等到企業數字化轉型成熟后才能顯現出來。這將使自動化專家、機器制造商和最終用戶受益。它將推動控制工程和工業網絡的進一步發展。隨著工業網絡適應新的挑戰和創新，它的未來更令人興奮。
關鍵概念：
■ 了解工業以太網是如何發展的，為何經常被用于支持智能制造應用。
■ 如何提高工業以太網的功能，以滿足當前需求，特別是在數字化轉型方面。
思考一下：
工業以太網的新趨勢會為您的工廠帶來哪些幫助？