工業(yè)4.0下的工業(yè)網(wǎng)絡通訊

通過互聯(lián)的工業(yè)設備和增強的計算，工業(yè)4.0使利益相關者能夠優(yōu)化設施和提高生產(chǎn)力。第四次工業(yè)革命是指由于互聯(lián)和智能自動化引發(fā)21世紀技術、工業(yè)、社會模式和程序的快速轉變。這是工業(yè)發(fā)展的一個新篇章，可與第一、第二和第三次工業(yè)革命相媲美的進步所推動。這些發(fā)明結合了物理、數(shù)字和生活世界的功能性和安全性。這是一次協(xié)助利益相關者利用融合技術創(chuàng)造一個可持續(xù)的、以人為本的未來機遇。

工業(yè)4.0的定義是互操作性、透明性、技術幫助和分散決策。圖1描述了如何識別和實施工業(yè)4.0，在工業(yè)4.0中，IIoT允許設備鏈接，創(chuàng)建真實世界數(shù)據(jù)的虛擬副本，使操作員能夠可視化/分析流程，并盡可以自主地做出執(zhí)行任務的決策。

圖1 工業(yè)4.0的設計原則

第四次工業(yè)革命，或稱工業(yè)4.0，為制造業(yè)的長期問題帶來了答案，例如，如何在降低風險和成本的同時提高產(chǎn)量和質量。它展示了如何考慮增加資產(chǎn)價值和提高利用率的許多不同方法。

在工業(yè)4.0的幫助下，智能機器將變得更加智能，工廠將變得更加高效，流程將變得不再那么浪費，生產(chǎn)線將變得更有適應性，生產(chǎn)力將全面提高。它建立在智能、安全和無縫連接的基礎上，利用協(xié)作機器人和移動通信，支持快速物料處理，監(jiān)控工廠車間的每一個細節(jié)，并通過預測性維護來延長機器的壽命。這些可能性是通過智能化、使用高質量、安全、和無縫連接來實現(xiàn)的?？傮w而言，制造設施將受益匪淺，因為它們可以實現(xiàn)整體自動化的終級目標。

要想成功實現(xiàn)向工業(yè)4.0的轉型，大量的前沿技術需要投入使用。被稱為工業(yè)4.0的制造業(yè)數(shù)字革命成功的關鍵是讓各種相關技術高效地協(xié)同作業(yè)。

通信、傳感、控制、安全和電源管理是確保工廠車間高效工作環(huán)境的五種主要技術類別（圖2）。工業(yè)4.0的概念是在設想一個通信不中斷的場景，并分別利用每個領域進行創(chuàng)新。

圖2 工業(yè)自動化推動者

采用先進的傳感、控制和通信的新系統(tǒng)，是實現(xiàn)智能工廠顛覆性技術中的典范。功能安全和智能電源管理解決方案的集成，使人們能夠安全工作并提高系統(tǒng)效率。標準化和通用規(guī)范是確保一致性和實現(xiàn)工業(yè)4.0合規(guī)性的唯一途徑。提高系統(tǒng)的效率和互操作性，并讓它們在運行中學習，是對制造商長期競爭力的巨大促進。

在上述所有場景中，您需要有效的方法來快速、可靠和安全地連接子系統(tǒng)/設備。瑞薩電子提供一系列專門設計于工業(yè)環(huán)境的連接解決方案。因此，它們提供安全可靠的覆蓋范圍、高設備密度、可準確預測的延遲以及機器、流程和數(shù)據(jù)的完全可見性。

工業(yè)通信是工業(yè)系統(tǒng)的基本組成部分，它允許單個控制單元通過網(wǎng)絡管理多個輸入/輸出模塊，而不考慮系統(tǒng)中使用的其他技術的性質。工廠的網(wǎng)絡控制架構由電機控制、運動控制、機器人和經(jīng)典可編程邏輯控制器（PLC）等應用組成。

工業(yè)網(wǎng)絡包括廣泛的技術，如工業(yè)以太網(wǎng)（如EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link IE、Modbus-TCP、PowerLink、Sercos III、OPC-UA）和現(xiàn)場總線（如Profibus、Modbus RTU/ASCII、DeviceNet、CANopen、Asi-5、IO-Link）。在工業(yè)自動化中，PLC、SCADA和DCS是控制的三種重要方式。有現(xiàn)場儀表、智能現(xiàn)場設備、監(jiān)控計算機、分布式輸入/輸出控制器和HMI系統(tǒng)。為了設備之間相互連接和通話，這些設備需要強大而有效的網(wǎng)絡或通信規(guī)則。它們將現(xiàn)場設備、控制器和PC連接在一起，以便通過有線或無線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)和控制信號?，F(xiàn)場總線是另一種本地控制區(qū)域網(wǎng)絡，用于自動化程度較高的復雜工業(yè)系統(tǒng)。控制器與智能傳感器、制動器和轉換器之間的數(shù)字鏈路，可以雙向傳輸。Profibus和基金會現(xiàn)場總線是過程自動化中使用的兩種現(xiàn)場總線技術。工業(yè)現(xiàn)場設備和I/O模塊可以通過各種通信網(wǎng)絡連接。根據(jù)所使用的協(xié)議，有許多不同種類的通信網(wǎng)絡。

工業(yè)以太網(wǎng)是一種在工業(yè)環(huán)境中使用不同協(xié)議的以太網(wǎng)網(wǎng)絡，協(xié)議有Ethernet/IP、Profinet、Modbus-TCP、EtherCAT、PowerLink、OPCUA、CC-Link IE等，提供確定性和實時控制。隨著數(shù)字技術的發(fā)展，像現(xiàn)場總線這樣的通信技術已經(jīng)接管了自動化領域。這是因為它可以同時與多臺設備通話，從而節(jié)省資金，使用更少的資源，并減少大量工作。以下是控制系統(tǒng)目前使用的一些重要工業(yè)通信網(wǎng)絡的概述。

圖3 常用的工業(yè)網(wǎng)絡技術

工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的實施需要有一個核心前提，那就是保證不間斷的實時通信。瑞薩電子提供各種MCU和MPU設備以及所有必要的構建模塊，以開發(fā)涵蓋領先工業(yè)通信協(xié)議的廣泛網(wǎng)絡解決方案，包括EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link、Modbus等。我們的設備解決方案，如RA、RX MCU、RZ MPU或Renesas R-IN engine（“R-IN engine”）解決方案，附帶專用的軟件支持套件，使設計和工程團隊能夠專注于應用開發(fā)，以加快上市速度。

下圖很好地說明了現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)如何在工業(yè)網(wǎng)絡設置中相互覆蓋的部分。

圖4 工業(yè)網(wǎng)絡：現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)交互

上述情景清楚地證明，推動工業(yè)網(wǎng)絡市場擴張的關鍵是擁有一個互聯(lián)的工業(yè)網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)新時代制造業(yè)的生產(chǎn)力和可持續(xù)性目標。我們知道，可靠的工業(yè)網(wǎng)絡至關重要，因為工廠一直在尋找提高產(chǎn)量、可持續(xù)發(fā)展，并能同時提高質量、適應性和網(wǎng)絡安全的最佳途徑。就網(wǎng)絡拓撲而言，市場增長是顯而易見的，而成熟的現(xiàn)場總線技術的復興也尤其令人興奮。

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