工業 4-0 以太網解決方案

在工業 4.0 的大背景下，互聯互通成爲必需的技術手段，數據集成、同步、終端連接和系統互操作性面臨的挑戰催生工業以太網應用，其價值和利益被得到認可。

工業以太網支持無縫、安全、高帶寬的雲端連接，使得生產效率和生產安全性得到極速提升，同時生產靈活性和可擴展性也得到進一步提高。

工業以太網系統需求

隨着工業 4.0 的到來，接入系統的增多，傳輸數據量的增大，分析能力的增強，以太網的缺陷也逐步暴露。相較於傳統以太網，工業以太網在確定性、實時性和可靠性幾個方面進行了突破。

基於此網絡從傳統現場總線轉向工業以太網成爲必然，支持多種協議、面向未來、具有可擴展的工業解決方案也進入實際應用。

工業自動化現場連接的設備形式多樣化，根據控制對象的不同，我們可大致分爲過程控制和運動控制。運動控制面向的對象大體爲伺服電機和運動控制系統，傳輸方式也經歷了一系列變遷，由早些年的 RS-485/RS-232 到現場總線，再到當下主流的基於 EtherCAT 協議的工業以太網。

現場總線過渡到百兆乃至千兆工業以太網是當今的必然發展趨勢。

過程控制面向的對象大體爲 PLCDCS 控制器，現場儀表、現場變送器、I/O 模塊、傳輸方式由傳統的 4~20mA 或 HART 至現場總線再發展到我們現在討論的 SPE。傳統的 4~20mA 和 HART 接口的低數據帶寬、遠程操作設備的範圍等弊端也因爲新技術的革新而得到解決。

圖 1 工業現場框架

圖 1 左半部分是一家典型的工廠運動控制系統架構圖，自動化現場設備包括電機驅動、機械手臂、運動控制卡、PLC DCS、風扇和 HMI 等，他們通過網關接入系統。圖 1 右半部分爲當前 ADI 的以太網解決方案。

工業以太網產品包括交換機、物理收發器、控制器和具有完整軟件協議堆棧的網絡接口模塊。

圖 2 工業以太網系統需求

針對工業以太網的宏觀應用趨勢，圖 2 提供的幾個維度可以全面瞭解整個信號鏈上 ADI 所提供的技術解決方案。

  1. 物理層 PHY 芯片：ADI 支持 10M/100M/1000M 的單對、雙對或四對以太網物理連接。

  2. 端口數：無論是百兆還是千兆的工業以太網，就 ADI 而言，其方案聚焦在少端口節點

式連接，目前支持單 / 雙端口，六端口以及六端口以下的節點端的應用。即將發佈的 TSN 產品是支持三端口和六端口的網關。

  1. 帶寬：已發佈的 FIDO5100/5200 交換機產品支持 10M/100M 帶寬。千兆帶寬也是未來工廠或過程自動化系統的要求，即將發佈的 TSN 產品是 1000M 帶寬。

  2. 協議棧：諸如 EtherCAT， EtherNet/IP，POWERLINK，PROFINET，Modbus/TCP 這些耳熟能詳的協議，ADI 解決方案均給予支持。

  3. 網絡安全：ADI 有技術團隊專注在網絡安全解決方案的研發上，相關內容可以在 ADI

的其它資料中查詢。

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