通訊網(wǎng)絡(luò)和地鐵、高速公路是一樣的，都是為了實現(xiàn)物理節(jié)點之間的相互連接和交互而構(gòu)建起來的公共基礎(chǔ)設(shè)施，它本身是一種共享服務(wù)。所不同的是，交通路網(wǎng)上運送的是人和物品，而通訊網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息。

 

 

使用公共網(wǎng)絡(luò)背后的驅(qū)動力其實非常簡單，就是為了能夠用更為經(jīng)濟的手段在更多節(jié)點之間建立連接，承載更多的交互內(nèi)容，幫助優(yōu)化因節(jié)點數(shù)量、載荷容量的增加而帶來的時間、空間和人力、資金...等方面的成本投入。

 

PicSource：DHL

 

為了能夠向節(jié)點用戶提供“包裹”遞送服務(wù)，需要為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個“職能部門”定義極為清晰的功能職責，并明確它們在“包裹”的交接和遞送過程中相互協(xié)調(diào)與配合的動作機制，也就是所謂的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議組。

 

PicSource：Rockwell Automation

 

網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議一定是面向應(yīng)用場景的。節(jié)點用戶群的應(yīng)用需求在很大程度上影響著通訊協(xié)議的內(nèi)容構(gòu)成；反過來，網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的特征屬性也基本上決定了其所適用的應(yīng)用場合。而我們常說的工業(yè)總線與通用以太網(wǎng)協(xié)議之間的不同之處，也正是由于各自所服務(wù)的用戶群體在應(yīng)用需求上的巨大差異而造成的。

 

 

通用以太網(wǎng)需要解決的是數(shù)量眾多且位置極為分散的節(jié)點之間連接和交互的問題。與公路運輸體系類似，它從一開始就把端到端包裹遞送的靈活性和易用性作為其系統(tǒng)運行機制（也就是協(xié)議）的核心與重點之一。同時由于在通用以太網(wǎng)上傳輸?shù)拇蟛糠侄純H僅是用于展示、呈現(xiàn)或記錄的數(shù)據(jù)信息，其并沒有在協(xié)議機制中對“包裹”的送達時間做嚴格的約定。盡管網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間都隨時能夠進行數(shù)據(jù)交互，但信息抵達的時間卻很可能因為潛在的“擁堵”風險而無法得到保證。

 

PicSource：Siemens

 

而工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)所需要連接的應(yīng)用節(jié)點，是產(chǎn)線設(shè)備上各種不同類型的功能部件，其首要任務(wù)是幫助設(shè)備完成正常的生產(chǎn)運行操作，因此數(shù)字通訊技術(shù)能夠在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的一個重要前提，就是能夠讓數(shù)據(jù)“包裹”的遞送達到足夠的可靠性級別。

 

PicSource：Underground | London

 

這就需要在其通訊協(xié)議中對數(shù)據(jù)“包裹”的遞送約定一個時間機制，類似于軌道交通系統(tǒng)，為其設(shè)定一個各職能部門（如：網(wǎng)絡(luò)交換機...）都必須嚴格遵守的時刻表，以確保它能夠在規(guī)定的時間內(nèi)抵達目標節(jié)點。

 

可以說，有無時間敏感機制，是工業(yè)總線與通用以太網(wǎng)協(xié)議之間一個非常重要的差別。

 

PicSource：Fedex

 

在網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議組中，還需要有一套用于表述和識別“包裹”應(yīng)用信息的參數(shù)編譯和解析機制。這不僅是為了方便系統(tǒng)中的各個“職能部門”協(xié)調(diào)、規(guī)劃和辨識“包裹”的配送路徑，并將其在規(guī)定時間內(nèi)送達目的地，同時也是要讓“包裹”內(nèi)容與應(yīng)用指令在收發(fā)兩端都做到語意的快速轉(zhuǎn)換。這個過程非常類似我們在收發(fā)郵件時按照特定格式讀寫運單標簽和文本內(nèi)容的過程。

 

PicSource：ABB Freelance 800F

 

由于工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)和通用以太網(wǎng)二者所面對的設(shè)備對象和應(yīng)用場景的巨大差異，使得它們不得不在其通訊協(xié)議中采用完全不同的應(yīng)用端口和數(shù)據(jù)模型。例如，通用以太網(wǎng)一般處理的都是各類商用 IT 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊，而工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)則需要幫助實現(xiàn)產(chǎn)線和設(shè)備層面的人機交互，并參與其動作指令的操作和執(zhí)行。通用以太網(wǎng)協(xié)議中對于應(yīng)用參數(shù)的解析模型根本無法幫助各類工業(yè)設(shè)備實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的相互辨識。

 

PicSource：CIP Object Model

 

同時，由于工業(yè)系統(tǒng)中所涉及到的設(shè)備元件類型非常之多，并且在操作使用的過程中經(jīng)常需要對其數(shù)據(jù)進行反復調(diào)用，因此，為了提升系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計、集成和實施的總體效率，一般的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)都會在其協(xié)議中為各類不同的設(shè)備和應(yīng)用對象約定其數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)樣式和解析方法。這其實就是工業(yè)總線和通用以太網(wǎng)之間的另一項重要差異。其中一個比較典型的例子就是 EtherNet/IP 中的 CIP 模型。

 

 

所以，總的來說，傳統(tǒng)工業(yè)總線與通用以太網(wǎng)在通訊協(xié)議上的區(qū)別，主要體現(xiàn)在這樣兩個層面：

“包裹”的遞送機制

內(nèi)容的表達和解析

 

而造成這種局面其背后的原因，歸根結(jié)底還是在于它們在設(shè)備對象和應(yīng)用場景這兩個方面本身所存在的需求差異。

 

 

長期以來，面向商用/民用領(lǐng)域的通用以太網(wǎng)技術(shù)，一直都很難在工業(yè)制造環(huán)境中幫助設(shè)備實現(xiàn)可靠的應(yīng)用連接，這促使工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)廠商們不得不基于自身技術(shù)實力和特定的場景、需求，設(shè)計和規(guī)劃屬于自己的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。從單機小范圍連接，到產(chǎn)線級大型網(wǎng)絡(luò)；從早期的專屬現(xiàn)場總線，到后來基于以太網(wǎng)物理介質(zhì)；從三層網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)布局，到一網(wǎng)貫穿的無縫集成。我們不僅見證了各類工業(yè)通訊技術(shù)在功能、載荷、連接數(shù)量...等各種性能需求推動下，始終不斷迭代進化的發(fā)展進程，同時也目睹了多種總線協(xié)議長期并存、江湖割據(jù)的市場局面。

 

PicSource：LeanBI

 

不過，工業(yè)總線和以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到今天，不論是從節(jié)點連接數(shù)量還是交互內(nèi)容的承載能力（速度、帶寬）來看，都已經(jīng)遠遠超出了其早期的設(shè)計構(gòu)想。不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間，也已經(jīng)因為各自體量的迅速擴張，而開始在其邊界處相互產(chǎn)生了各種接觸、交互，甚至跨越和融合。

 

PicSource：Siemens.com/press | TSN

 

在這種情況下，各種工業(yè)總線之間以及它們與通用以太網(wǎng)之間長期存在的這些協(xié)議層面的技術(shù)差異，就立刻成為了制造系統(tǒng)在整合與升級過程中一個巨大的障礙和瓶頸。例如：不利于系統(tǒng)之間的互操作、較高的跨網(wǎng)橋接成本、延緩運營系統(tǒng)的信息化進程...等等。