工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可信工業(yè)自動(dòng)化

新技術(shù)的進(jìn)步加上對(duì)更高效的制造工藝和工廠(chǎng)的需求，正在推動(dòng)工業(yè)設(shè)施的前所未有的變革。這些變化正在提高自動(dòng)化，精確度和可用數(shù)據(jù)量。

這些進(jìn)步帶來(lái)了工業(yè)4.0的現(xiàn)實(shí)，為制造商提供了巨大的希望和機(jī)會(huì)，通過(guò)提高生產(chǎn)力在全球經(jīng)濟(jì)中競(jìng)爭(zhēng)，安全性和可靠性，同時(shí)減少排放。據(jù)估計(jì)，在未來(lái)10年內(nèi)，這些機(jī)會(huì)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)意味著約6.5萬(wàn)美元。

雖然機(jī)會(huì)很有吸引力，但還有很多障礙需要克服。例如，在傳統(tǒng)上保守的行業(yè)中采用新技術(shù)可能會(huì)很慢。如今的自動(dòng)化工廠(chǎng)通常是新系統(tǒng)和遺留系統(tǒng)的混合，系統(tǒng)間通信具有相關(guān)的復(fù)雜性。從網(wǎng)絡(luò)邊緣安全地捕獲和傳輸數(shù)據(jù)仍然很難與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)法實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)而言之，工廠(chǎng)和加工廠(chǎng)不會(huì)在一夜之間變換。需要一段過(guò)渡期。

為了實(shí)現(xiàn)并加速這種轉(zhuǎn)變，自動(dòng)化供應(yīng)商正在轉(zhuǎn)向ADI公司等技術(shù)合作伙伴和供應(yīng)商，以提供更多的系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)和解決方案。

互聯(lián)企業(yè)所需的過(guò)渡，特別是以太網(wǎng)和安全

工業(yè)以太網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于控制應(yīng)用領(lǐng)域，并隨著組織和市場(chǎng)向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變而不斷擴(kuò)展，成為首選的通信媒介。

其中一個(gè)挑戰(zhàn)是解決以太網(wǎng)上的確定性問(wèn)題。許多協(xié)議使用專(zhuān)有的第2層解決方案但是，當(dāng)嘗試提取相關(guān)數(shù)據(jù)以供企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的更高級(jí)別使用或在不同的制造節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)時(shí)，這些可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的互操作性問(wèn)題。新的IEEE 802.1 TSN標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)工業(yè)控制中遇到的同類(lèi)問(wèn)題，并承諾從專(zhuān)有解決方案轉(zhuǎn)向支持基于標(biāo)準(zhǔn)的方法。

以太網(wǎng)傳統(tǒng)上是一種盡力而為的網(wǎng)絡(luò)。要允許以太網(wǎng)部署在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序中，必須添加特定功能，包括時(shí)間同步，計(jì)劃流量，入口策略，無(wú)縫冗余等。這些新興IEEE TSN標(biāo)準(zhǔn)背后的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)真正融合的網(wǎng)絡(luò)，所有類(lèi)型的流量都可以無(wú)縫共存。這將允許關(guān)鍵任務(wù)實(shí)時(shí)流量在與流量流量和盡力而為流量相同的網(wǎng)絡(luò)上傳輸。這些功能使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員能夠確保在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲邪磿r(shí)，按時(shí)交付某些類(lèi)別的流量。與專(zhuān)有的第2層解決方案不同，這些功能可以擴(kuò)展到千兆線(xiàn)路速率以及更高。

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將邊緣設(shè)備連接到由TSN支持的融合可信賴(lài)的工業(yè)4.0連接企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)。邊緣設(shè)備中的當(dāng)前通信技術(shù)（例如，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和4mA至20mA電流回路）工作 - 并且它們可靠地工作。但是，從工廠(chǎng)車(chē)間到前臺(tái)辦公室的路徑上的多層通信往往阻礙了將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆疲ū镜鼗蜻h(yuǎn)程）。通常需要網(wǎng)關(guān)將一種格式或協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一種格式或協(xié)議，并且數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在多個(gè)服務(wù)器上，以實(shí)現(xiàn)分析的實(shí)際發(fā)生。將數(shù)據(jù)從簡(jiǎn)單傳感器移動(dòng)到云的總擁有成本不僅涉及數(shù)據(jù)交付所需的設(shè)備，還涉及確保數(shù)據(jù)完整性所需的軟件，處理和人力。

將以太網(wǎng)帶到如此簡(jiǎn)單的設(shè)備（例如溫度變送器）似乎是矛盾的，它不是關(guān)于設(shè)備的簡(jiǎn)單性或它產(chǎn)生或消耗的相對(duì)少量的數(shù)據(jù)。它是關(guān)于在融合網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)濟(jì)高效地從設(shè)備中提取數(shù)據(jù)的能力，然后使用該數(shù)據(jù)獲得可操作的結(jié)果。例如，分布式控制系統(tǒng)（DCS）可能使用來(lái)自溫度變送器的數(shù)據(jù)來(lái)確保其部分過(guò)程實(shí)時(shí)控制運(yùn)行。但是，這個(gè)特定溫度也可能對(duì)整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生影響。通過(guò)將溫度變送器無(wú)縫連接到云，可以近乎實(shí)時(shí)地考慮所有過(guò)程參數(shù)來(lái)執(zhí)行分析，以確保整個(gè)過(guò)程正在運(yùn)行。可以進(jìn)行調(diào)整，以便優(yōu)化生產(chǎn)或提高能效。

ADI將這些挑戰(zhàn)視為客戶(hù)成功的關(guān)鍵，也是我們投資尖端技術(shù)以推動(dòng)以太網(wǎng)發(fā)展的動(dòng)力因素。一種關(guān)鍵的支持技術(shù)，我們稱(chēng)之為低復(fù)雜度以太網(wǎng)，是將簡(jiǎn)單工業(yè)設(shè)備（如溫度變送器）直接引入以太網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)程序。

低復(fù)雜性以太網(wǎng)解決了當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)第2層以太網(wǎng)實(shí)施的傳統(tǒng)尺寸，功耗和成本問(wèn)題，從而降低了將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说目傮w擁有成本。

向融合工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡還需要在物理層進(jìn)行創(chuàng)新，以提供與現(xiàn)有系統(tǒng)的某些固有功能相匹配的解決方案。許多部署最廣泛的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)限制為100米電纜長(zhǎng)度，并且需要多條雙絞線(xiàn)電纜才能實(shí)現(xiàn)。相比之下，工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的許多現(xiàn)有安裝基礎(chǔ)都建立在單根雙絞線(xiàn)上，可以以31.25 kbps的數(shù)據(jù)速率延伸超過(guò)1000米。為了解決這個(gè)問(wèn)題，ADI正在IEEE的主持下與主要的工業(yè)合作伙伴合作開(kāi)發(fā)新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為10SPE，可通過(guò)單根雙絞線(xiàn)電纜工作，長(zhǎng)度可達(dá)1000米，數(shù)據(jù)速率為10 Mbps。通過(guò)采用基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)作方法來(lái)解決這一問(wèn)題，ADI正在協(xié)助降低采用障礙，縮短實(shí)現(xiàn)融合的工廠(chǎng)范圍網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)的時(shí)間框架。

除了開(kāi)發(fā)支持以太網(wǎng)融合的新功能外，其他已經(jīng)使用100 Mbps確定性以太網(wǎng)的應(yīng)用正在推動(dòng)帶寬和性能的極限。諸如機(jī)器人技術(shù)之類(lèi)的應(yīng)用需要越來(lái)越多的協(xié)調(diào)軸控制，其精度比以前更高。將控制網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為千兆位速度有助于滿(mǎn)足這些要求，并代表了工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)的另一個(gè)主要趨勢(shì)。

以太網(wǎng)的飛速成功往往使以太網(wǎng)技術(shù)用戶(hù)難以解決與其應(yīng)用相關(guān)的安全問(wèn)題。預(yù)計(jì)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣數(shù)據(jù)和傳感需求的增長(zhǎng)可能會(huì)受到安全感知風(fēng)險(xiǎn)的阻礙。此外，工業(yè)控制應(yīng)用中對(duì)低延遲和抖動(dòng)的要求可能與安全要求直接沖突。這些技術(shù)的用戶(hù)有責(zé)任盡快解決這些應(yīng)用中的性能和安全問(wèn)題。

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工業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)每天都在受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的出現(xiàn)，工業(yè)空間正在被廣泛分布的設(shè)備，動(dòng)態(tài)信息流和跨環(huán)境的連接定義，以提供新的功能。然而，毫不奇怪，除了創(chuàng)建新功能外，它還會(huì)產(chǎn)生以前未曾想到的新安全威脅，但比以往更加真實(shí)。

如果想象必須安全連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量很多，那么很明顯，建立這些設(shè)備的身份是有問(wèn)題的。物理上分布的共享加密密鑰很快變得不切實(shí)際，證書(shū)交換的管理變成了物流的噩夢(mèng)。如果要實(shí)現(xiàn)值得信賴(lài)的工業(yè)4.0企業(yè)的愿景，無(wú)鑰匙的身份建設(shè)至關(guān)重要。同樣，需要具有低固定延遲和小硬件和/或軟件占用空間的輕量級(jí)加密技術(shù)來(lái)安全地連接網(wǎng)絡(luò)邊緣的高度受限設(shè)備。 ADI在資源受限設(shè)備的身份認(rèn)證和安全解決方案以及輕量塊加密等技術(shù)上投入了大量資金，以解決這些重要問(wèn)題。

結(jié)論

ADI公司工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)提供領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的傳感，控制，監(jiān)控和強(qiáng)大的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)領(lǐng)域的解決方案。 ADI在安全和認(rèn)證，功能和本質(zhì)安全以及多協(xié)議支持等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)并獲得了專(zhuān)業(yè)知識(shí)。通過(guò)強(qiáng)有力的合作，我們將實(shí)現(xiàn)并加速向信任的IIoT連接企業(yè)從傳感器到云的過(guò)渡。