從邊緣控制到云端無縫連接，智能工廠中的I/O LINK和以太網(wǎng)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）制造廠商為了提高整體生產(chǎn)力和成本效益，正在推進制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智能化和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是這個轉(zhuǎn)型過程中經(jīng)常被提及的概念。其中，離不開一個核心概念——數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在工廠智能中心被機器學習和人工智能技術(shù)加以利用，使整個工廠能夠更有效地獲取對設(shè)備制造過程的新見解，并提供實時性業(yè)務(wù)。

此前，我們對RS-485和多點LVDS如何改進智慧工廠數(shù)據(jù)傳輸做了詳細的解析。除了RS-485和多點LVDS，I/O Link和以太網(wǎng)也是工業(yè)場景中重要的數(shù)據(jù)傳輸手段。

工業(yè)I/O Link

作為一種開放標準，I/O Link近年來一直保持著蓬勃的發(fā)展，根據(jù)I/O-Link協(xié)會對I/O Link終端授權(quán)費的計算統(tǒng)計，I/O Link節(jié)點數(shù)量在近幾年呈爆發(fā)式增長，2018到2019年的全球出貨量維持在1140萬左右的節(jié)點數(shù)量，到2021年，已經(jīng)迅速增長到2100萬，終端出貨量增長得尤為迅速。

從普遍的工廠架構(gòu)來看，I/O Link在工廠中不是現(xiàn)場總線的位置，而是現(xiàn)場診斷的位置。使用的是簡單的3線非屏蔽電纜，支持雙向通信，支持配置和增加診斷數(shù)據(jù)。最重要的是，I/O Link有一個IODD緩沖文件，可以大幅簡化配置和安裝。

現(xiàn)在工業(yè)自動化現(xiàn)場的各種測量傳感器都需要具備足夠的靈活性，能夠簡單快捷地對傳感器參數(shù)進行修改，能夠與其他傳感器互連混合運行，這都需要靈活的通信接口技術(shù)支持，這也是為何I/O-LINK在工業(yè)自動化市場有如此巨大的應(yīng)用潛力。I/O Link的各種特點剛好非常適合用于這種頻繁變化的場景，比較常見的場景用例是工廠中獨立的機器人單元或者小型生產(chǎn)線。

因為不和現(xiàn)場總線沖突，I/O Link位處于整個架構(gòu)中的最底層，獨立于現(xiàn)場總線不受其影響打通底層現(xiàn)場設(shè)備的通信困擾，可以說是一種專為工業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)而生的通信技術(shù)。通過I/O Link，即使是使用最簡單的傳感器和執(zhí)行器也可以在整個工廠結(jié)構(gòu)中提供過程數(shù)據(jù)以及識別診斷數(shù)據(jù)，其中的連接也并不復雜。

智能工廠使用I/O Link很好地將設(shè)備層面和控制層面的協(xié)議結(jié)合了起來，彌補了現(xiàn)場總線技術(shù)的弊端，保證了從底層現(xiàn)場級到控制級可靠的集成通信。

工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)不僅連接著終端節(jié)點，還可以一直連接到云端，實現(xiàn)從工廠到終端節(jié)點的無縫連接。這也是工業(yè)以太網(wǎng)的第一個優(yōu)勢，從云端到邊緣，完全使用同一種技術(shù)、同一種類型的數(shù)據(jù)包（以太網(wǎng)幀）。而且因為工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)符合IEEE標準，還能提供跨所有供應(yīng)商的互操作能力。

就通信距離來說，以往的傳統(tǒng)以太網(wǎng)大概在100m左右，10BASE-T1L則直接將通信距離拉長到1km，有效解決了工業(yè)通信距離最后一公里的難題。

而以太網(wǎng)的速度更是毋庸置疑的強大，每一次以太網(wǎng)標準的更新都代表著數(shù)據(jù)傳輸能力提升了一個大臺階，從10Mbps到100Mbps到1Gbps，現(xiàn)在以太網(wǎng)正從千兆向400G/800G甚至是1.6T升級。

工業(yè)4.0關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是增強運行技術(shù)和信息技術(shù)之間的連接性，通俗來說就是數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)，提升工廠生產(chǎn)力和效率。無論現(xiàn)在的工業(yè)場景是否足以收集足夠的工廠數(shù)據(jù)用于啟用這些智能化的擴展，起碼可以肯定的一點是，生產(chǎn)力的提高需要更多的數(shù)據(jù)傳輸接口無縫連接，需要更多設(shè)備之間有更多的連接。工業(yè)以太網(wǎng)，顯然是連接中的佼佼者。

還有一個關(guān)鍵點在于，工業(yè)以太網(wǎng)可以提供確定性時序，甚至可以說是實時時序，標準以太網(wǎng)是不具備此功能的。在工業(yè)這種多運動控制需要時間感知的場景里，確定性時序?qū)τ谏a(chǎn)節(jié)拍的控制是至關(guān)重要的。

小結(jié)

現(xiàn)在的工業(yè)場景，部署在邊緣的傳感器數(shù)量正在增加，更多傳感器和更多端口也讓工業(yè)控制系統(tǒng)上需要更多的I/O接口，需要能夠支持更多設(shè)備和更多節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，I/O Link和工業(yè)以太網(wǎng)在其中還有很多可以利用的地方。