電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）在全球制造企業(yè)加快智能制造轉(zhuǎn)型的當(dāng)口下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)席卷了全球，促成了各式各樣的工業(yè)通信方式。但無論是行業(yè)調(diào)研報(bào)告，還是自動(dòng)化企業(yè)或工業(yè)通信方案商的統(tǒng)計(jì)，都能看出一個(gè)事實(shí)，那就是工業(yè)以太網(wǎng)開始統(tǒng)治全球工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場，取代幾十年來占據(jù)主導(dǎo)地位的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

工業(yè)通信風(fēng)向的轉(zhuǎn)變

現(xiàn)場總線作為將自動(dòng)化底層的現(xiàn)場控制器和智能儀表設(shè)備互聯(lián)的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，可以說終結(jié)了4-20mA的模擬信號(hào)的時(shí)代，讓工業(yè)網(wǎng)絡(luò)正式跨入了數(shù)字時(shí)代?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)，帶來了減少布線、加快診斷和附加信息等諸多好處，但在實(shí)際發(fā)展過程中，出現(xiàn)了太多的現(xiàn)場總線技術(shù)。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅種類不同，通訊協(xié)議也不同，所以始終未能統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，只有一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)的妥協(xié)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)中，占據(jù)主導(dǎo)地位的還是1989年誕生的PROFIBUS。

PI North America作為一個(gè)非盈利貿(mào)易組織，在1994年成立之初名字還是PROFIBUS貿(mào)易組織。從名字就能顯而易見地看出，他們推廣的是PROFIBUS這類現(xiàn)場總線技術(shù)，更名之后，他們成了PI這一傘狀組織下負(fù)責(zé)北美推廣的一員，而這時(shí)他們推廣的不只是PROFIBUS了，還有PROFINET這一誕生自本世紀(jì)初的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。根據(jù)PI North America的說法，當(dāng)下每賣出一個(gè)PROFIBUS節(jié)點(diǎn)，就有4個(gè)PROFINET節(jié)點(diǎn)被賣出，可見兩者之間的龐大差距了。

差距的來由

形成這樣的差距不是沒有道理，這點(diǎn)從性能上就可以看出，由于物理層的限制，使用RS-485的PROFIBUS只能做到12Mbit/s的速度，而反觀基于以太網(wǎng)的PROFINET卻可以實(shí)現(xiàn)100Mbit/s乃至1Gbit/s的速度。

此外，PROFIBUS的報(bào)文大小最高只244字節(jié)，地址空間也限制在了126個(gè)設(shè)備，PROFINET的報(bào)文大小最高可達(dá)1440字節(jié)，而且毫無地址空間的限制。所以我們看到的現(xiàn)場總線向工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)變，其實(shí)就是工業(yè)通信朝現(xiàn)代技術(shù)的遷移而已。
現(xiàn)場設(shè)備制造商們也都是明眼人，現(xiàn)場總線技術(shù)限制了控制系統(tǒng)的性能發(fā)展，如今他們推出的產(chǎn)品都開始提供工業(yè)以太網(wǎng)支持，而且是支持多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。工程師和開發(fā)人員也都了解該技術(shù)，相關(guān)的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)也都已經(jīng)極其豐富。

不過根據(jù)HMS的統(tǒng)計(jì)，雖然市場份額有小幅下跌，但現(xiàn)場總線依然占據(jù)了27%的市場。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的現(xiàn)場總線設(shè)備基數(shù)龐大，早在PROFINET這樣的以太網(wǎng)技術(shù)面世之前，PROFIBUS這樣的現(xiàn)場總線就已經(jīng)耕耘十?dāng)?shù)年，擁有千萬級(jí)別的節(jié)點(diǎn)數(shù)量了。

雖然建設(shè)新項(xiàng)目還是更傾向于使用工業(yè)以太網(wǎng)，但已經(jīng)投入現(xiàn)場總線的廠商仍可以繼續(xù)添加PROFIBUS節(jié)點(diǎn)。我們說工業(yè)以太網(wǎng)的建設(shè)性價(jià)比在不斷提高，然而要想搭建一定規(guī)模的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，還是不比直接利用已有的現(xiàn)場總線實(shí)惠。所以要想看到現(xiàn)場總線的退休，那還得等上好長一段時(shí)間。

結(jié)合兩家之長

同樣誕生于本世紀(jì)初的EtherCAT常被稱作是“以太網(wǎng)現(xiàn)場總線”，EtherCAT具備工業(yè)以太網(wǎng)的靈活網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，又擁有現(xiàn)場總線系統(tǒng)一樣直觀簡便的操作。與此同時(shí)，EtherCAT的報(bào)文大小最大可達(dá)60KB，意味著可以將大量數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到主節(jié)點(diǎn)，
EtherCAT的另一大優(yōu)勢就是主站完成通訊功能不會(huì)給主機(jī)CPU帶來任何負(fù)擔(dān)，因此主站無需專用的通訊處理器，只需要NIC卡或者集成的以太網(wǎng)MAC設(shè)備保證一個(gè)以太網(wǎng)端口即可，但在從站上仍需要專用的控制器芯片，好在不少廠商都提供這些芯片，比如ADI、TI、瑞薩、Microchip、英飛凌等，價(jià)格也足夠低廉，所需成本可以做到等同甚至低于現(xiàn)場總線系統(tǒng)。更何況EtherCAT由于不是基于TCP/IP，所以也用不到MAC地址或IP地址，免去了配置交換機(jī)和路由器的麻煩，進(jìn)一步降低了部署成本。
2018年，倍福推出了EtherCAT協(xié)議的兩大新版本，EtherCAT G和EtherCAT G10，分別將速度提升至1Gbit/s和10Gbit/s。這對(duì)于需要傳輸大量數(shù)據(jù)的機(jī)器視覺、高端測量或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制來說至關(guān)重要，而且即便是現(xiàn)有的百兆EtherCAT設(shè)備，也能無縫兼容到EtherCAT G/G10系統(tǒng)中。

結(jié)語

如果僅從現(xiàn)狀來看，現(xiàn)場總線在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的部署中確實(shí)露出了頹勢，實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)開始大肆攻城略地，而工業(yè)無線網(wǎng)又開始虎視眈眈，但該技術(shù)的市場并沒有就此消失，甚至可以說下滑停滯了。想想看，這些工廠在工業(yè)以太網(wǎng)的浪潮沖擊下，都選擇了堅(jiān)守現(xiàn)場總線技術(shù)，尚未完全成熟的工業(yè)無線技術(shù)又怎么能撼動(dòng)呢？不僅如此，一些I/O現(xiàn)場總線，ASI和CANbus，由于提供了一致的響應(yīng)時(shí)間加上便宜的數(shù)字I/O總線，在樓宇維護(hù)和傳送帶系統(tǒng)等場景上仍然保持著優(yōu)勢。