2018年03月08日 | 边缘自动化与IIoT的机遇

工厂自动化的微观历史

工厂自动化起始于继电器梯形逻辑，在那时，电工必须单独重新连接继电器以改变其操作特性。随着可编程逻辑控制器（PLC）的成功研发和重大突破，PLC取代了硬连线继电器和定时器。

随后，开始出现了专用的I / O网络以及工业以太网。每一个进步都创造了一种更好的方式来获取数据，但是并没有直接的解决方法将获取的数据转化为可操作的信息并改进操作。

为什么IIoT更好？

IIoT可以帮助用户更好地访问和使用工厂数据。简而言之，IIoT可将工厂车间的设备“与使信息可操作的“应用程序”进行解耦。在过去，用户的传感器，设备和警报系统必须直接绑定到每个独特的应用程序，现在则可直接连接到由任何授权系统访问的公共基础设施。

使用IIoT，可获取工厂数据并连接到公共和共享基础架构，这样用户的应用程序，分析引擎和设备则可访问此基础架构，然后使用和处理此信息。旧的点对点数据模型已经被发布/订阅模型替代。

这种方法有即时的好处，其中最重要的是如何降低在工厂应用程序添加新功能的风险。

新、老应用程序不会冲突

那么，真正的样子是什么？假设某个用户今天有一个防错应用程序绑定到一个选择灯和按钮。每当操作员工作时，他按下按钮，并且告知防错应用程序已经添加了正确的部分。假如用户明天想要那个按钮执行其他操作，比如当操作员按下按钮至少2秒的时候，执行补充库存的命令。如果没有IIoT，这个用户必须重新改写应用程序代码才能添加这个新功能。

这种重写程序的过程可能是一场噩梦， 因为谁不知道它将会花费多长时间以及完成后是否可以立即投入使用？ 随着时间的推移，程序员不断添加功能，最终得到一个内存巨大，体验笨拙的应用程序，并且一个公司中只有几个人知道如何编码，这并不是用户想要实现的，也不是明智的一个选择。

IIoT解放数据的好处

通过IIoT将设备的所有信息都连接到信息基础设施，而不是一个特定的应用程序，这样防错应用程序就可以实现不间断运行，同时还可以设置补充库存的应用程序。

当用户想要添加另一个应用程序，并且要求防错和补充库存应用程序继续不间断运行，以及所有的输入，如短按，长按，双按，亮起，闪光，光色等可以使用的输入也可以同时被使用。对于一个灵活的应用程序，这个很容易实现。

厂商为何青睐工业以太网？

工业以太网实则是以太网应用于工业中，由于现场环境恶劣，设备连接往往需要更坚固的连接器、电缆，还有最重要的确定性。为了达到更好的确定性，工业以太网使用了专门的协议。比较流行的工业以太网协议有PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT和POWERLINK等。

通常工业以太网的数据传输速率范围从10Mbit/s到1Gb/s，其中100Mbit/s是工业以太网应用中最流行的速度。工业以太网需要一些额外的考虑，而不是在办公室使用的以太网系统。例如，用户需要通过网络实时监控工厂中生产设备的不同温度、振动、噪音以及其它的一些参数。

像PROFINET和EtherCAT这样的工业以太网协议是从传统以太网标准修改而来的，不仅确保制造业设备数据的正确发送和接收，还能够在系统需要执行特定操作时按时发送和接收指令。例如，自动化灌装生产过程中需要通过网络发送灌装数据以确保瓶子灌装按照预期进行，实时生成自动化报告，当瓶子装满时，网络上会发出停止灌装的命令。

工业环境中设备之间如果发生数据丢失或延迟可能会引发灾难，所以工业以太网络的实时性和确定性是十分重要的。工业环境必需保证实时感知自动化生产过程状态，能在恶劣的环境下完成工厂工艺需求。

边缘自动化与IIoT的机遇

随着确定性工业以太网协议和零故障冗余协议的到来，某些行业供应商提议要开发基于工业以太网EtherNet/IP连接的传感器，但也有人表示无需采用支持以太网的传感器，因为IO-Link、HART或WirelessHART可以连接传感器，并通过转换设备进入工业以太网。一些过程工业供应商已经制定了潜在的新标准，可以通过现场总线连接将传感器连接到工业以太网。

在过去，自动化行业的许多人坚持以工业太网不会延伸到传感器、仪器仪表和检测设备，但今天工业4.0时代已经到来，物联网解决方案进一步推进了边缘设备的智能化发展。工业以太网终端设备包括传感器和I/O驱动器，将在未来的连接业务战略中发挥关键作用。为了扩展设备的分析能力，工业以太网必须扩展到自动化链中的最后一个设备：传感器和I/O。

设备管理人员希望在更高程度上利用工厂层面的信息进行业务决策，因此他们将注意力转向类似于传感器和I/O等智能化产品上。将数据导入云应用程序的能力进一步促进了对具有大数据吞吐量和支持以太网的终端设备的需求，这些任务超出了大多数专用传统自动化网络的能力。

工业以太网设备可满足IIoT和工业4.0的需求，如减少机器停机时间和生产灵活性，工业以太网和无线将成为这些目标的主要推动力。

参考数据

根据瑞典工业网络有限公司HMS对工业物联网市场的年度调查最新结果显示，2017年用于工厂自动化方面的工业以太网安装节点首次超过传统现场总线。

数据显示，工业以太网节点安装数量从2016年的46%的市场占比增长到2017年的52%，而现场总线从48%下降到42%。其中，EtherNet/IP是目前安装最广泛的工业以太网，其市场份额占15%，其次是PROFINET和PROFIBUS占比12%，无线技术保持在6%的市场份额。

制造业的智能化转型需要高性能网络来支持，工业物联网解决方案和工厂设备的整合在推动工业以太网的使用。过去很长一段时间工业以太网处于过渡阶段，现在从安装节点数量来看，工业物联网已经取代现场总线。

据HMS报告，现场总线虽然在市场占比输给了工业以太网，但2017年现场总线的安装数量是增长的，其增长率从2016年的4%提升到6%，可见工业网络市场处理一下快速发展的阶段。不过，网络供应商预计未来几年现场总线安装数量将稳步下降。

2017年工业无线通信安装节点比2016年增长了32%，近两年来无线技术不断扩大，但市场份额相对较少，维持在6%的市场占比。其中，WLAN目前是最流行的无线技术，其次是蓝牙。无线通信技术可以减少布线，并为设备连接和控制提供便利，越来越多地被机器制造商和系统集成商用来实现创新方案，包括通过平板电脑或智能手机连接监控等解决方案。