幾十年來,隨著自動化行業(yè)越來越多地利用以太網(wǎng)的卓越帶寬、成本效益和普遍熟悉度,以太網(wǎng)解決方案在傳統(tǒng)現(xiàn)場總線上取得了進展(就其絕對用戶數(shù)量和在所有工業(yè)節(jié)點中所占的百分比而言)。雖然以太網(wǎng)曾經(jīng)是不確定的,無法可靠地用于控制系統(tǒng),但此后它已經(jīng)發(fā)展并被納入許多協(xié)議中,例如PROFINET,EtherNet/IP,以太網(wǎng)Powerlink和EtherCAT,甚至可以處理運動控制等高要求的應用。???
從長遠來看,工業(yè)以太網(wǎng)似乎將進一步轉(zhuǎn)變?yōu)橹С謺r間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)的底層網(wǎng)絡(luò)。TSN基本上是IEEE 802.1和802.3標準的一組擴展,起源于音頻視頻橋接項目,該項目最初是為專業(yè)音頻和視頻流的確定性同步而設(shè)計的。TSN的理想是創(chuàng)建以下東西:
可供全球供應商使用的開放、可互操作的標準
能夠?qū)碜缘蛢?yōu)先級融合流量的關(guān)鍵流量提供免疫力1
易于使用、配置并整合到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)中
經(jīng)濟實惠,能夠?qū)⒍喾N類型的流量融合到同一線路上
實時,得益于低抖動保證延遲和關(guān)鍵控制環(huán)路的零擁塞
近年來,與TSN相關(guān)的發(fā)展有很多重要進展,包括2016年2月由博世力士樂、施耐德電氣、思科、TTTech、National Instruments和Kuka推出的世界上第一個TSN測試平臺。2雖然制造商、汽車制造商和其他公司都在等待并為TSN做出貢獻,但其他形式的工業(yè)以太網(wǎng)繼續(xù)蓬勃發(fā)展,這表明我們可以預期在未來幾年內(nèi),即使不是完全放棄現(xiàn)場總線,也會進一步遠離。
隨著TSN的出現(xiàn),工業(yè)以太網(wǎng)解決方案的銷售額繼續(xù)上升
現(xiàn)場總線在以太網(wǎng)方面取得了巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢,直到最近 15 年左右才成為可行的替代方案。同樣重要的是要記住,從4 mA到20 mA到現(xiàn)場總線的改變比后來從現(xiàn)場總線到以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)變要重要得多。對于4 mA至20 mA,模擬信號必須通過具有單個標量值的許多不同的導線運行。相比之下,使用現(xiàn)場總線,最終可以整合到具有實際值和狀態(tài)信息的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中。
以太網(wǎng)是一種類似于現(xiàn)場總線的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。盡管如此,它對現(xiàn)場總線的改進還是很大的。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(或工業(yè)4.0)成為焦點,與現(xiàn)場總線相比,以太網(wǎng)的可擴展性和帶寬將變得更加重要。它還允許將許多專用網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施整合到更具成本效益的自動化平臺中。
“工業(yè)以太網(wǎng)是關(guān)于創(chuàng)建自動化網(wǎng)絡(luò);不同之處在于,工業(yè)以太網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)擴展到控制工程師的領(lǐng)域之外,“PI北美技術(shù)營銷總監(jiān)Michael Bowne在《自動化世界》的一篇文章中解釋道。3“為了更好地理解這種差異,請考慮安全應用。過去,除了現(xiàn)有的自動化網(wǎng)絡(luò)外,還需要一個單獨的專用接觸器和繼電器安全系統(tǒng)。如今,所有這些接觸器都可以連接到工業(yè)以太網(wǎng),從而消除了額外的布線。用戶還可以用安全邏輯控制器替換許多繼電器。
這些類型的好處有助于提高PROFINET(Bowne在他的文章中重點介紹)以及EtherNet/IP等的市場份額。2016年2月的一份報告發(fā)現(xiàn),所有以太網(wǎng)協(xié)議約占所有已安裝節(jié)點的38%,而現(xiàn)場總線約占58%(其余4%是無線的,如藍牙和Wi-Fi,這是今年首次調(diào)查)。4雖然兩者之間的差距無疑很大,但自2015年以來,它實際上已經(jīng)縮小,當時現(xiàn)場總線市場的規(guī)模仍然是以太網(wǎng)市場的兩倍。
各個協(xié)議的細分顯示:
PROFIBUS 再次成為整體領(lǐng)導者,約占所有節(jié)點的 17%。
在以太網(wǎng)解決方案中,EtherNet/IP以9%的比例位居全球領(lǐng)先地位,勉強超過PROFINET的8%和“其他以太網(wǎng)”的8%。
2015年至2016年間,現(xiàn)場總線整體增長率為7%;與此同時,以太網(wǎng)解決方案激增20%
以太網(wǎng)增長率令人印象深刻,因為與2015年相比,以太網(wǎng)增長率實際上有所增加(20%對17%),盡管今年的節(jié)點總數(shù)比去年更多
協(xié)議采用因地區(qū)而異;例如,在歐洲和中東,PROFIBUS占據(jù)了榜首,而PROFINET增長最快。
然而,常見的工業(yè)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)在美國占據(jù)主導地位,EtherNet/IP和DeviceNet都位居榜首。
在亞洲,沒有明確的領(lǐng)導者,只有通常的嫌疑人,包括PROFINET,EtherNet/IP,Modbus和CC-Link。?
展望未來,IIoT可能成為以太網(wǎng)和無線技術(shù)采用的重要驅(qū)動力
展望工業(yè)以太網(wǎng)市場的未來
盡管工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)存在了一段時間,但直到最近幾年才真正進入工廠和其他環(huán)境。之前的結(jié)果表明,它仍然有很大的增長空間。
根據(jù)Technavio的數(shù)據(jù),到2019年,工業(yè)以太網(wǎng)銷售額預計將以平均約9.5%的速度攀升。5推動這一趨勢的因素包括采用以太網(wǎng)(現(xiàn)在是一種熟悉的辦公技術(shù))的相對容易程度,以及能夠以比現(xiàn)場總線更高的速度移動大量數(shù)據(jù)。
以太網(wǎng)設(shè)備的演變
在本十年的剩余時間里(除了與TSN相關(guān)的發(fā)展之外),需要注意的一件事是以太網(wǎng)設(shè)備將如何發(fā)展,以適應整個IIoT的新用例和環(huán)境。例如,當以太網(wǎng)首次進入工廠時,RJ45連接器(在PC等消費電子產(chǎn)品以及網(wǎng)絡(luò)交換機等數(shù)據(jù)中心設(shè)備上已經(jīng)無處不在)是最受歡迎的以太網(wǎng)連接線。RJ45 只是以太網(wǎng)連接器的一種類型。
在整個以太網(wǎng)市場中仍然如此,但在許多工廠中,RJ45已被M12連接器取代,M12連接器提供更強大的保護,免受工業(yè)環(huán)境中常見的振動,沖擊和其他壓力。隨著IIoT和TSN現(xiàn)在出現(xiàn)在雷達上,我們可能會看到從M12到M8的轉(zhuǎn)變,以便使用更小的I / O模塊并容納更小的設(shè)備。
M8 支持高數(shù)據(jù)傳輸速率(高達 100 Mbps),還提供入口保護,這使其成為各種工業(yè)應用的理想選擇。除了連接器類型的更新外,布線也可能發(fā)生變化,特別是隨著電信基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)會對 8 類電纜進行標準化。
以太網(wǎng)和危險設(shè)置
以太網(wǎng)在未來幾年有許多可能的擴展領(lǐng)域。一個有前途的行業(yè)涉及危險的工業(yè)環(huán)境,傳統(tǒng)現(xiàn)場總線長期以來一直處于領(lǐng)先地位。PROFIBUS和其他公司仍然是此類設(shè)置的中流砥柱,但工業(yè)以太網(wǎng)的潛力將使其越來越難以放棄。
“另一個擴展領(lǐng)域?qū)⑹俏kU場所的以太網(wǎng),PROFIBUS,F(xiàn)oundation Fieldbus和AS-I目前處于領(lǐng)先地位,”圖爾克連接產(chǎn)品經(jīng)理Laura Schweitz在機器設(shè)計的一篇文章中解釋道?!半S著工程師和系統(tǒng)集成商希望獲得其他行業(yè)已經(jīng)通過以太網(wǎng)享受的更快速度和高級連接,這種趨勢正在出現(xiàn)。
這些用例和其他用例說明了為什么工業(yè)以太網(wǎng)具有陽光明媚的增長前景。它可能仍然落后于全球現(xiàn)場總線,但由于當今工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的使用越來越多,以及標準化TSN的逐步推出,差距應該會繼續(xù)縮小。
審核編輯:郭婷
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