如何處理工業環境中的互通性

典型的工業架構

大型工業自動化系統的典型架構由三個層次組成——感測器與簡單裝置層（例如馬達啟動器或電子過載繼電器）、包含PLC、操作員面板或智慧型馬達驅動器的控制層，以及資訊系統層。

每個層次對於交換資料量、速度與確定性有不同的需求。以往的方法會針對這些不同需求，特別是在底層兩個層次，採用專用網路來解決。

此外，每個大型技術供應商都會根據自身偏好推薦一種整合方法。因此，在現有工業應用中，我們會遇到許多不同的資料網路與通訊協定。如此設計與實施的系統，其互通性與可擴展性，對所有系統整合商及這些解決方案的擁有者而言，現在是，且在很長一段時間內都將是一場噩夢。

即使在工業4.0與IIoT出現之前，這種情況就已經無法持續。該如何解決這個問題？

理想情況下，我們希望能有一種類似資訊與辦公系統多年來已存在的解決方案——乙太網。乙太網本身一直被視為一項標準（實際上是一系列標準，如下所述），但由於其特性（本質上為非確定性、不支援即時訊息傳遞、價格相對較高等），長期以來被認為不適合工業環境。

然而，隨著新技術的導入（特別是智慧型交換器）、網路拓撲的變化（從樹狀拓撲轉為星狀拓撲）、全雙工通訊、更高的傳輸速率，以及乙太網技術價格隨時間整體下降等因素，使乙太網成為一個有趣的解決方案，也可用於工業自動化系統底層兩個層次的通訊。

乙太網、未修改乙太網、EtherNet/IP 及工業環境中的互操作性

在我們討論乙太網於工業應用中的使用之前，應先解釋什麼是乙太網。

嚴格來說，乙太網是由 IEEE 802.3 標準所定義，代表開放系統互連（OSI）模型中兩個底層（實體層與資料鏈結層）的實作。在工業實務中，金屬雙絞線或光纖連結多用作實體媒介。

廣義而言，乙太網通常被理解為允許連接至網際網路的技術，包括網路層與傳輸層的所有協定，特別是 IP、傳輸控制通訊協定（TCP）及 UDP 協定。 

乙太網在工業環境中日益受到重視的原因已如上所述。然而，乙太網於工業自動化應用中的關鍵缺點，即缺乏即時資料傳輸支援及非確定性，尚未完全解決。

三種解決方案

因此，人們尋求解決方案來滿足這些工業應用的需求。一般來說，我們今天有三種這樣的解決方案。由於篇幅有限，我們無法深入細節，但我們可以先說明，只有一種解決方案，在文獻中稱為「未修改的乙太網」，是在不對乙太網標準和更高層的傳輸控制通訊協定/IP及UDP協定進行任何修改的情況下使用的。

其他兩種解決方案則需要對標準協定甚至硬體進行修改和擴展。

只有基於未修改乙太網的工業環境數據交換標準，才不需要任何基礎設施變更（即特殊交換器、路由器等），可以簡單地與其他現有協定共存，最重要的是，就IIoT而言，允許順暢的整合和互操作性。

完全基於未修改乙太網原則的少數標準之一是EtherNet/IP™。EtherNet/IP™是由開放式 DeviceNet 廠商協會管理的開放標準。

我們是該協會的創始成員，並長期受益於EtherNet/IP™。這項技術也是我們稱為Connected Enterprise®的工業自動化全面數位化解決方案的基石，該解決方案也因EtherNet/IP™的優勢而成為理想的IIoT解決方案。