工業(yè)以太網：智能工廠的支柱

近年來，工業(yè)以太網已在高度自動化的工廠中展現出其價值，成為了大型現場網絡（包括復雜系統(tǒng)）、PLC和網關所優(yōu)選的外部網絡互聯互通標準。傳輸速度快、接口通用和連接距離長等優(yōu)點使得以太網在數據網絡中無處不在。此外，工業(yè)以太網使用一種改進的媒體訪問控制 (MAC) 層，可實現確定性數據傳輸與低延遲，并且支持時間觸發(fā)事件。工業(yè)以太網支持環(huán)形和星形拓撲結構以及傳統(tǒng)的線性連接，可在電纜斷開的情況下確保安全性和可靠性。

工業(yè)以太網并不是單一規(guī)范，而是由多家工業(yè)設備制造商推動的一系列用于現場級應用的協議實現，其中常用協議包括 EtherCAT、Profinet、以太網/IP、Sercos III 和 CC-Link IE Field 等。白皮書《工業(yè)以太網通信協議洞察》對這些協議進行了比較，并討論了較早期的非以太網串行現場總線協議，如控制局域網 (CAN)、Modbus 和 Profibus。

Profinet 和 EtherCAT 是使用最廣泛的兩種協議，它們展現了工業(yè)以太網不同類型之間以及它們與 IO-Link 之間的區(qū)別。這兩種工業(yè)以太網協議的規(guī)定傳輸速度均為 100Mbps，傳輸距離可達 100米。Profinet 的電源傳輸必須獨立于數據電纜，而 EtherCAT 提供的 EtherCAT_P 版本則通過同一條電纜傳輸電源和數據。Profinet 支持全雙工通信，并能夠將數據包發(fā)送到網絡上的每個節(jié)點。該協議還提供了三個不同等級，供用戶根據網絡所需的性能水平進行匹配。相比之下，EtherCAT 在網絡上往一個方向發(fā)送共享幀，所有的從設備都將數據放入其中，因而能夠實現非?？焖俚霓D發(fā)。

Profinet 和 EtherCAT 的循環(huán)時間都短于 IO-Link，但容錯度要小得多。兩者的計時都基于網絡同步，而不是像 IO-Link 那樣從通信開始時計時。此外，還有其他附加協議用于功能安全。通常情況下，工業(yè)以太網協議會提供多種服務，以便在自動化環(huán)境中簡化集成。

盡管大多數傳感器不需要工業(yè)以太網連接提供的強大功能集，但視覺傳感是一個重要的例外，因為它的攝像頭會產生非常大量的數據，而僅憑這一點就足以認定它需要比 IO-Link 更快的數據連接。視覺傳感（有時還需要其他類型的傳感）可以為實時過程控制提供重要的輸入數據，因此需要工業(yè)以太網的確定性傳輸能力。

例如，飛行時間應用需要跟蹤并預測物體的三維運動，其典型的響應是移動機械臂以攔截該物體。IO-Link 可以為這些應用中有限的存在性感知提供足夠的傳輸速率和分辨率，但工業(yè)以太網還可以提供足夠大的帶寬和足夠低的延遲，以確定物體及其周圍空間的某些特征。如果通過千兆以太網來傳輸攝像機數據的話，或許能實現更高的識別水平，但是此處討論的工業(yè)以太網協議尚不支持這些速率。