過(guò)去的幾十年，以太網(wǎng)技術(shù)一直在各個(gè)領(lǐng)域改變著行業(yè)的游戲規(guī)則，從早期的局域網(wǎng)，到后來(lái)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，再到如今的互聯(lián)網(wǎng)。而現(xiàn)在，以太網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵組件正在被用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)總線，推動(dòng)著整個(gè)制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的演變和進(jìn)化。

事實(shí)上，多年以來(lái)，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)和 TCP/IP 協(xié)議早就已經(jīng)在制造業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于企業(yè)和車(chē)間的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的管理系統(tǒng)中了，但卻極少被用于實(shí)際機(jī)器設(shè)備和產(chǎn)線內(nèi)部控制數(shù)據(jù)和信息的交互和通訊。

機(jī)器控制器本身（如 PLC、IPC...等）及其與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)...）和傳感器之間的通信，總是需要使用確定性的現(xiàn)場(chǎng)控制總線。而使用傳統(tǒng)的 TCP/IP 協(xié)議，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)和滿足從機(jī)器控制到傳感器和執(zhí)行器通訊的實(shí)時(shí)確定性要求的，因此它并不適用于作為工業(yè)設(shè)備的控制層總線。

然而，在設(shè)備制造行業(yè)，機(jī)器制造商們（例如那些制造數(shù)控機(jī)床、半導(dǎo)體設(shè)備...的企業(yè)）卻看到了重復(fù)使用基于 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的硬件組件的價(jià)值。因?yàn)椋ヂ?lián)網(wǎng)的爆炸性增長(zhǎng)，為以太網(wǎng)通訊組件（如：通訊卡、電纜、接插件...）創(chuàng)造了一個(gè)廣泛通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得這些網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）和 TCP 電纜的成本大大降低，僅僅是傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線電纜和數(shù)據(jù)采集卡（DAQ 卡）的幾分之一甚至幾十分之一。因此，與工業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)的專(zhuān)用現(xiàn)場(chǎng)總線的配置相比，重復(fù)使用此類(lèi)以太網(wǎng)硬件將可以幫助企業(yè)節(jié)省大量經(jīng)濟(jì)成本。

采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)是毋庸置疑的，因?yàn)橐蕴W(wǎng)組件能夠幫助帶來(lái)顯著的系統(tǒng)成本的降低，同時(shí)又具有很好的通用性。

例如，如果采用專(zhuān)有的現(xiàn)場(chǎng)總線，機(jī)器人制造商必須從單個(gè)供應(yīng)商處購(gòu)買(mǎi)整套運(yùn)控系統(tǒng)組件：專(zhuān)用的 I/O 卡件，伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)，和昂貴的線纜、接插件...等等。

而使用基于以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，I/O 卡件可以使用通用的以太網(wǎng)接口替代，專(zhuān)用的總線通訊電纜可以由通用的 CAT5 （5 類(lèi)雙絞線）電纜替代，而如果網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)能夠支持多個(gè)供應(yīng)商，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本也將顯著降低。

與此同時(shí)，使用以太網(wǎng)連接設(shè)備系統(tǒng)組件也將變得更加簡(jiǎn)單。例如，相比在設(shè)備控制器以及電氣元件上使用復(fù)雜的專(zhuān)用總線通訊電纜，采用類(lèi)似家用 / 辦公電腦在聯(lián)網(wǎng)時(shí)使用的通用 CAT5 電纜將更加易于設(shè)備的管理和維護(hù)。 而這些僅僅是以太網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益中的一部分。

業(yè)界很快意識(shí)到，盡管 TCP/UDP/IP 協(xié)議無(wú)法提供工業(yè)控制系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)確定性響應(yīng)，但是，無(wú)處不在且低成本的以太網(wǎng)硬件，包括：網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）和 CAT5 以太網(wǎng)電纜...等，卻可以被應(yīng)用于為工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)中，幫助提供控制應(yīng)用所需的實(shí)時(shí)響應(yīng)。

而我們所需要的，只不過(guò)是一種新的實(shí)時(shí)通訊協(xié)議，它能夠使用以太網(wǎng)的硬件物理層，但同時(shí)也可以讓設(shè)備控制器與設(shè)備中所有傳感器和執(zhí)行器的連接和通訊做到具備實(shí)時(shí)確定性。

自本世紀(jì)初以來(lái)，各大知名的工業(yè)自動(dòng)化廠商已經(jīng)相繼推出了至少不下五種不同的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，例如：EtherNet/IP、EtherCAT、PowerLink、ProfiNet 和 SERCOS III ... 等等。它們都被作為“標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行推廣，號(hào)稱(chēng)可以重用以太網(wǎng)協(xié)議或以太網(wǎng)硬件，并且都承諾能夠降低設(shè)備實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的構(gòu)建成本。

而之所以會(huì)有如此多的“潛在標(biāo)準(zhǔn)”的出現(xiàn)，一個(gè)很主要原因，就是因?yàn)楦骷叶加兄黠@不同的技術(shù)方法可以做到重復(fù)使用以太網(wǎng)硬件組件（如：網(wǎng)絡(luò)接口卡和 CAT5 電纜），不僅大幅降低設(shè)備成本并提高機(jī)器的性能，同時(shí)使信息數(shù)據(jù)的傳輸和交互方式能夠支持實(shí)時(shí)確定性的應(yīng)用程序。

多個(gè)潛在的“標(biāo)準(zhǔn)”以太網(wǎng)協(xié)議的同時(shí)存在，或許還有另外一個(gè)原因，就是這些領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化廠商正在試圖利用以太網(wǎng)技術(shù)節(jié)約其系統(tǒng)方案的總體成本。通過(guò)將自己的產(chǎn)品“標(biāo)準(zhǔn)”擴(kuò)展延伸到以太網(wǎng)，客戶(hù)的確可以從以太網(wǎng)技術(shù)中獲得一定的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，但從長(zhǎng)期來(lái)看，他們卻仍然被牢牢的鎖定在廠家的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)中。

另外，新協(xié)議的出現(xiàn)，的確能夠幫助用戶(hù)利用以太網(wǎng)技術(shù)突破設(shè)備現(xiàn)有的性能和成本。同時(shí)，與任何其他傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相比，采用正確的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器制造商，也將能夠在性?xún)r(jià)比方面獲得非常明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

然而，這些對(duì)機(jī)器制造商和設(shè)備用戶(hù)們來(lái)說(shuō)，或許已經(jīng)不那么重要了，因?yàn)榻?jīng)過(guò)這些年工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品的推廣和普及，用戶(hù)們現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)已經(jīng)不再是在傳統(tǒng)工業(yè)控制總線和工業(yè)以太網(wǎng)之間的選擇，而是在復(fù)雜且擁擠的市場(chǎng)中，面對(duì)太多的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議“標(biāo)準(zhǔn)”之間激烈的競(jìng)爭(zhēng)和它們各自體現(xiàn)出的不同的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，很難知道應(yīng)該選擇哪個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”才是正確的。如果采用錯(cuò)誤（不恰當(dāng)）的協(xié)議作為標(biāo)準(zhǔn)，就可能意味著不必要的成本消耗，并且由于性能的降低而犧牲競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

而在關(guān)于工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的各種討論中，有些看似非常樸素的事實(shí)卻經(jīng)常會(huì)被人們忽略。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的選擇，其實(shí)不僅僅在于技術(shù)方面的硬性規(guī)格和屬性，如性能和傳輸速率...等；還應(yīng)該包括一些應(yīng)用體驗(yàn)方面的軟性指標(biāo)和參數(shù)，如：易用性，開(kāi)放性，獨(dú)立性，風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，一致性，互通性，長(zhǎng)期可用性和系統(tǒng)分布特性...等等，這些因素綜合在一起，將決定協(xié)議和“標(biāo)準(zhǔn)”能否被用戶(hù)認(rèn)可或在市場(chǎng)中普及。

在后面的節(jié)目中，我們將和大家一起探討當(dāng)下各種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的一些主要特征，以及其作為實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，為設(shè)備系統(tǒng)的集成和應(yīng)用可能帶來(lái)的效果和影響。