工业以太网：智能工厂的支柱

近年来，工业以太网已在高度自动化的工厂中展现出其价值，成为了大型现场网络（包括复杂系统）、PLC和网关所优选的外部网络互联互通标准。传输速度快、接口通用和连接距离长等优点使得以太网在数据网络中无处不在。此外，工业以太网使用一种改进的媒体访问控制 (MAC) 层，可实现确定性数据传输与低延迟，并且支持时间触发事件。工业以太网支持环形和星形拓扑结构以及传统的线性连接，可在电缆断开的情况下确保安全性和可靠性。

工业以太网并不是单一规范，而是由多家工业设备制造商推动的一系列用于现场级应用的协议实现，其中常用协议包括 EtherCAT、Profinet、以太网/IP、Sercos III 和 CC-Link IE Field 等。白皮书《工业以太网通信协议洞察》对这些协议进行了比较，并讨论了较早期的非以太网串行现场总线协议，如控制局域网 (CAN)、Modbus 和 Profibus。

Profinet 和 EtherCAT 是使用最广泛的两种协议，它们展现了工业以太网不同类型之间以及它们与 IO-Link 之间的区别。这两种工业以太网协议的规定传输速度均为 100Mbps，传输距离可达 100米。Profinet 的电源传输必须独立于数据电缆，而 EtherCAT 提供的 EtherCAT_P 版本则通过同一条电缆传输电源和数据。Profinet 支持全双工通信，并能够将数据包发送到网络上的每个节点。该协议还提供了三个不同等级，供用户根据网络所需的性能水平进行匹配。相比之下，EtherCAT 在网络上往一个方向发送共享帧，所有的从设备都将数据放入其中，因而能够实现非常快速的转发。

Profinet 和 EtherCAT 的循环时间都短于 IO-Link，但容错度要小得多。两者的计时都基于网络同步，而不是像 IO-Link 那样从通信开始时计时。此外，还有其他附加协议用于功能安全。通常情况下，工业以太网协议会提供多种服务，以便在自动化环境中简化集成。

尽管大多数传感器不需要工业以太网连接提供的强大功能集，但视觉传感是一个重要的例外，因为它的摄像头会产生非常大量的数据，而仅凭这一点就足以认定它需要比 IO-Link 更快的数据连接。视觉传感（有时还需要其他类型的传感）可以为实时过程控制提供重要的输入数据，因此需要工业以太网的确定性传输能力。

例如，飞行时间应用需要跟踪并预测物体的三维运动，其典型的响应是移动机械臂以拦截该物体。IO-Link 可以为这些应用中有限的存在性感知提供足够的传输速率和分辨率，但工业以太网还可以提供足够大的带宽和足够低的延迟，以确定物体及其周围空间的某些特征。如果通过千兆以太网来传输摄像机数据的话，或许能实现更高的识别水平，但是此处讨论的工业以太网协议尚不支持这些速率。