工廠自動化的微觀歷史

工廠自動化起始于繼電器梯形邏輯，在那時，電工必須單獨重新連接繼電器以改變其操作特性。隨著可編程邏輯控制器（PLC）的成功研發和重大突破，PLC取代了硬連線繼電器和定時器。

隨后，開始出現了專用的I / O網絡以及工業以太網。每一個進步都創造了一種更好的方式來獲取數據，但是并沒有直接的解決方法將獲取的數據轉化為可操作的信息并改進操作。

為什么IIoT更好？

IIoT可以幫助用戶更好地訪問和使用工廠數據。簡而言之，IIoT可將工廠車間的設備“與使信息可操作的“應用程序”進行解耦。在過去，用戶的傳感器，設備和警報系統必須直接綁定到每個獨特的應用程序，現在則可直接連接到由任何授權系統訪問的公共基礎設施。

使用IIoT，可獲取工廠數據并連接到公共和共享基礎架構，這樣用戶的應用程序，分析引擎和設備則可訪問此基礎架構，然后使用和處理此信息。舊的點對點數據模型已經被發布/訂閱模型替代。

這種方法有即時的好處，其中最重要的是如何降低在工廠應用程序添加新功能的風險。

新、老應用程序不會沖突

那么，真正的樣子是什么？假設某個用戶今天有一個防錯應用程序綁定到一個選擇燈和按鈕。每當操作員工作時，他按下按鈕，并且告知防錯應用程序已經添加了正確的部分。假如用戶明天想要那個按鈕執行其他操作，比如當操作員按下按鈕至少2秒的時候，執行補充庫存的命令。如果沒有IIoT，這個用戶必須重新改寫應用程序代碼才能添加這個新功能。

這種重寫程序的過程可能是一場噩夢， 因為誰不知道它將會花費多長時間以及完成后是否可以立即投入使用？ 隨著時間的推移，程序員不斷添加功能，最終得到一個內存巨大，體驗笨拙的應用程序，并且一個公司中只有幾個人知道如何編碼，這并不是用戶想要實現的，也不是明智的一個選擇。

IIoT解放數據的好處

通過IIoT將設備的所有信息都連接到信息基礎設施，而不是一個特定的應用程序，這樣防錯應用程序就可以實現不間斷運行，同時還可以設置補充庫存的應用程序。

當用戶想要添加另一個應用程序，并且要求防錯和補充庫存應用程序繼續不間斷運行，以及所有的輸入，如短按，長按，雙按，亮起，閃光，光色等可以使用的輸入也可以同時被使用。對于一個靈活的應用程序，這個很容易實現。

廠商為何青睞工業以太網？

工業以太網實則是以太網應用于工業中，由于現場環境惡劣，設備連接往往需要更堅固的連接器、電纜，還有最重要的確定性。為了達到更好的確定性，工業以太網使用了專門的協議。比較流行的工業以太網協議有PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT和POWERLINK等。

通常工業以太網的數據傳輸速率范圍從10Mbit/s到1Gb/s，其中100Mbit/s是工業以太網應用中最流行的速度。工業以太網需要一些額外的考慮，而不是在辦公室使用的以太網系統。例如，用戶需要通過網絡實時監控工廠中生產設備的不同溫度、振動、噪音以及其它的一些參數。

像PROFINET和EtherCAT這樣的工業以太網協議是從傳統以太網標準修改而來的，不僅確保制造業設備數據的正確發送和接收，還能夠在系統需要執行特定操作時按時發送和接收指令。例如，自動化灌裝生產過程中需要通過網絡發送灌裝數據以確保瓶子灌裝按照預期進行，實時生成自動化報告，當瓶子裝滿時，網絡上會發出停止灌裝的命令。

工業環境中設備之間如果發生數據丟失或延遲可能會引發災難，所以工業以太網絡的實時性和確定性是十分重要的。工業環境必需保證實時感知自動化生產過程狀態，能在惡劣的環境下完成工廠工藝需求。

邊緣自動化與IIoT的機遇

隨著確定性工業以太網協議和零故障冗余協議的到來，某些行業供應商提議要開發基于工業以太網EtherNet/IP連接的傳感器，但也有人表示無需采用支持以太網的傳感器，因為IO-Link、HART或WirelessHART可以連接傳感器，并通過轉換設備進入工業以太網。一些過程工業供應商已經制定了潛在的新標準，可以通過現場總線連接將傳感器連接到工業以太網。

在過去，自動化行業的許多人堅持以工業太網不會延伸到傳感器、儀器儀表和檢測設備，但今天工業4.0時代已經到來，物聯網解決方案進一步推進了邊緣設備的智能化發展。工業以太網終端設備包括傳感器和I/O驅動器，將在未來的連接業務戰略中發揮關鍵作用。為了擴展設備的分析能力，工業以太網必須擴展到自動化鏈中的最后一個設備：傳感器和I/O。

設備管理人員希望在更高程度上利用工廠層面的信息進行業務決策，因此他們將注意力轉向類似于傳感器和I/O等智能化產品上。將數據導入云應用程序的能力進一步促進了對具有大數據吞吐量和支持以太網的終端設備的需求，這些任務超出了大多數專用傳統自動化網絡的能力。

工業以太網設備可滿足IIoT和工業4.0的需求，如減少機器停機時間和生產靈活性，工業以太網和無線將成為這些目標的主要推動力。

參考數據

根據瑞典工業網絡有限公司HMS對工業物聯網市場的年度調查最新結果顯示，2017年用于工廠自動化方面的工業以太網安裝節點首次超過傳統現場總線。

數據顯示，工業以太網節點安裝數量從2016年的46%的市場占比增長到2017年的52%，而現場總線從48%下降到42%。其中，EtherNet/IP是目前安裝最廣泛的工業以太網，其市場份額占15%，其次是PROFINET和PROFIBUS占比12%，無線技術保持在6%的市場份額。

制造業的智能化轉型需要高性能網絡來支持，工業物聯網解決方案和工廠設備的整合在推動工業以太網的使用。過去很長一段時間工業以太網處于過渡階段，現在從安裝節點數量來看，工業物聯網已經取代現場總線。

據HMS報告，現場總線雖然在市場占比輸給了工業以太網，但2017年現場總線的安裝數量是增長的，其增長率從2016年的4%提升到6%，可見工業網絡市場處理一下快速發展的階段。不過，網絡供應商預計未來幾年現場總線安裝數量將穩步下降。

2017年工業無線通信安裝節點比2016年增長了32%，近兩年來無線技術不斷擴大，但市場份額相對較少，維持在6%的市場占比。其中，WLAN目前是最流行的無線技術，其次是藍牙。無線通信技術可以減少布線，并為設備連接和控制提供便利，越來越多地被機器制造商和系統集成商用來實現創新方案，包括通過平板電腦或智能手機連接監控等解決方案。