部署工業(yè)網(wǎng)絡(luò )連接，你不得不知的這些方案！

制造業(yè)數字化轉型戰略的不斷深化，工業(yè)數據貫穿著(zhù)整個(gè)產(chǎn)品全生命周期和企業(yè)全價(jià)值鏈始終，日益成為推動(dòng)變革的關(guān)鍵力量。而通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )連接技術(shù)，則能夠把數據變成信息，信息變成決策，決策變成執行，從而推動(dòng)了生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的變革。

作為未來(lái)工廠(chǎng)的支柱，工業(yè)網(wǎng)絡(luò )連接技術(shù)是指各種工業(yè)物理資產(chǎn)到系統的各個(gè)節點(diǎn)的之間的連接，其支持通過(guò)中央控制室訪(fǎng)問(wèn)全廠(chǎng)范圍內產(chǎn)生的海量數據，實(shí)現遠程工廠(chǎng)管理、集中生產(chǎn)安排和實(shí)時(shí)診斷。因此，選擇合適的連接技術(shù)是構建適應未來(lái)智慧工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )架構的關(guān)鍵，ADI利用長(cháng)久積累的工業(yè)領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)知識可以提供優(yōu)化的解決方案和技術(shù)，以應對當今面臨的工業(yè)連接挑戰。

有線(xiàn)連接解決方案

有線(xiàn)連接技術(shù)目前仍然是工業(yè)領(lǐng)域采用的主要技術(shù)，現有的工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )廣泛采用舊式串行接口，以確保獲得不會(huì )中斷的高性能連接。這些接口簡(jiǎn)單易用，但缺乏以太網(wǎng)所具備的直接IP尋址優(yōu)勢，后者是控制層級采用的主要技術(shù)。此外，未來(lái)，工廠(chǎng)環(huán)境中勢必會(huì )出現新舊設備共存的現象，新的有線(xiàn)連接技術(shù)將有助于實(shí)現新舊設備互用。

ADI有線(xiàn)連接解決方案采用新的串行和以太網(wǎng)技術(shù)，提供出色的性能、可靠性和覆蓋范圍，例如與邊緣傳感器或驅動(dòng)器的最后一英里連接，可使用10BASE-T1L和IO-Link來(lái)實(shí)現；對于高速應用，可使用低延遲千兆以太網(wǎng)、MLVDS和RS-485；對于工業(yè)PC連接，ADI提供高度可靠的新型隔離式USB解決方案等。

工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)平臺解決方案包含加入星型、線(xiàn)型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò )拓撲所需的所有技術(shù)，包括通信控制器、閃存、RAM、以太網(wǎng)交換機和PHY。它們包括完整的多協(xié)議軟件解決方案，可以在具有不同軟件映像的所有終端系統中使用一種硬件設計，以支持不同的工業(yè)協(xié)議。主機處理器通過(guò)ADI的統一接口和以太網(wǎng)、SPI或UART連接連接到網(wǎng)絡(luò )接口。統一接口簡(jiǎn)化了與任何主機控制器的通信并提供一個(gè)通用接口以支持所有協(xié)議堆棧。這樣可確保實(shí)現多協(xié)議連接，無(wú)需對應用程序主機代碼進(jìn)行任何更改，從而消除了軟件集成的設計負擔。

ADI的工業(yè)以太網(wǎng)平臺解決方案為完整的網(wǎng)絡(luò )接口解決方案，包括物理層和數據鏈路層，可以管理主機處理器的工業(yè)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò )流量，能為各種工業(yè)、儀器儀表和其他設備提供設備連接，其模塊和嵌入式參考設計包含完整的多協(xié)議軟件，包括以太網(wǎng)/IP、PROFINET、帶有ModBus的EtherCAT和PowerLink等。此外，ADI Chronous?網(wǎng)絡(luò )接口解決方案為完整的通信子系統，可以快速、簡(jiǎn)單地將工業(yè)以太網(wǎng)連接納入任何終端系統，例如支持遠距離、可靠的10BASE-T1L以太網(wǎng)連接的MAC PHY ADIN1110 和PHY ADIN1100 等。

IO-Link解決方案

IO-Link是一種標準化技術(shù)(IEC 61131-9)，獨立于現場(chǎng)總線(xiàn)、開(kāi)放式的點(diǎn)到點(diǎn)的通信，是適用于工業(yè)控制中最底層的設備（如簡(jiǎn)單的傳感器/執行器）的工業(yè)通訊接口，使得設備可以集成到幾乎任何現場(chǎng)總線(xiàn)或者是自動(dòng)化系統中。

IO-Link系統由許多IO-Link從站設備（具有IO-Link協(xié)議的傳感器/執行器，具有IO-Link 協(xié)議的集線(xiàn)器與普通的傳感器/執行器組合），通過(guò)標準電纜，連接到IO-Link主站組成。其能夠將傳統的二進(jìn)制或模擬傳感器變成智能傳感器，不再只是收集數據，還允許用戶(hù)根據獲取的有關(guān)線(xiàn)上其他傳感器的健康和狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋，以及需要執行的操作，在遠程更改其設置。IO-Link技術(shù)通過(guò)一個(gè)通用物理接口，使傳感器變得可以互換，該接口使用協(xié)議棧和IO器件描述(IODD)文件來(lái)實(shí)現可配置的傳感器端口。它切實(shí)做到即插即用，并且能夠實(shí)時(shí)重新配置參數。

隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化系統日益互連和智能化以適應集中控制和優(yōu)化生產(chǎn)的需求，IO-Link接口已成為關(guān)鍵設備之一。ADI在IO-Link技術(shù)上早早開(kāi)始了投入，至今已經(jīng)擁有非常完整的IO-Link產(chǎn)品系列，能提供全套IO-Link網(wǎng)關(guān)和傳感器器件，且具有相應領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識，可以幫助構建低功耗、高效的IO-Link平臺。采用經(jīng)過(guò)驗證的設計，快速、輕松地開(kāi)發(fā)解決方案，或者嘗試使用ADI公司的評估套件，其中包含配置軟件，可加快系統設置過(guò)程。ADI解決方案尺寸小巧，且非?？煽?，因此無(wú)需使用多個(gè)外部保護組件，這使系統尺寸減小高達50%。

串行連接解決方案

在工業(yè)通信環(huán)境下，串行連接用于實(shí)現設備或系統之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信，實(shí)現工業(yè)級可靠連接，并且易于布線(xiàn)。而無(wú)論是廣泛使用的4-20mA，還是隔離式和非隔離式RS-485、RS-232、RS-422、RS-562和CAN收發(fā)器等，ADI公司都能提供各種產(chǎn)品解決方案，例如用于工業(yè)系統的4-20mA產(chǎn)品系列提供高水平的精度、集成度和靈活性，具有替代產(chǎn)品所不具備的性能規格和較長(cháng)使用壽命。

值得一提的是，其中數字隔離器、隔離收發(fā)器和隔離模數轉換器采用iCoupler和isoPower技術(shù)，能夠在設計中實(shí)現隔離，并且不存在采用光耦合器時(shí)的許多限制。例如基于iCoupler數字隔離技術(shù)數據速率高達12 Mbps的USB 2.0兼容SOIC元件，能夠實(shí)現EMC保護和安全隔離性能，減小設計尺寸、縮短設計時(shí)間并降低系統成本，滿(mǎn)足工業(yè)應用要求的嚴苛標準。其他支持串行連接的接口器件包括鍵盤(pán)控制器、電平轉換器和高壓保護產(chǎn)品，如通道保護、故障保護、過(guò)壓保護以及防閂鎖開(kāi)關(guān)和多路復用器。

無(wú)線(xiàn)連接解決方案

工業(yè)應用中使用無(wú)線(xiàn)通信已有很多年，初期用于對起重機和其他活動(dòng)設備實(shí)施基本控制。在近幾十年采用更加標準化的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)之后，開(kāi)始對更廣泛的終端設備提供控制。在工業(yè)應用中，任何單種無(wú)線(xiàn)技術(shù)都無(wú)法滿(mǎn)足所有需求。低帶寬和低功率技術(shù)更適合只需偶爾連接的儀表設備。與之相反，對于部署在繁忙廠(chǎng)區中，有多個(gè)傳感器同步不間斷通信的無(wú)人搬運車(chē)(AGV)，則應選擇更高帶寬的選項。

ADI的多種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，包括SmartMesh?、5G、低功耗藍牙 (BLE)，以及60 GHz無(wú)延遲無(wú)線(xiàn)數據連接等，讓我們無(wú)需部署有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，即可連接偏遠和難以到達的危險區域的傳感器，而先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)子系統和完整的信號鏈解決方案，能進(jìn)一步降低設計難度和加快部署速度。

無(wú)線(xiàn)SmartMesh網(wǎng)絡(luò )

ADI公司的SmartMesh收發(fā)器是一款低功耗、非?？煽康幕跇藴实臒o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)解決方案，可以延長(cháng)電池的使用壽命。SmartMesh網(wǎng)絡(luò )能夠在嚴苛的RF環(huán)境中提供高于99.999%的數據可靠性，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商選擇使用該網(wǎng)絡(luò )在危險的偏遠位置提供重要的低帶寬傳感器測量數據，SmartMesh產(chǎn)品無(wú)需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )堆棧開(kāi)發(fā)，提供加密、驗證和消息完整性檢查。

SmartMesh網(wǎng)絡(luò )由高度可擴展的自成形多躍點(diǎn)節點(diǎn)網(wǎng)格和網(wǎng)絡(luò )管理器構成，這些節點(diǎn)稱(chēng)為智能微塵，用于收集和中繼數據，網(wǎng)絡(luò )管理器用于監控和管理網(wǎng)絡(luò )性能和安全，并與主機應用程序交換數據。值得一提的是，SmartMesh還是一個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )，可以做到各個(gè)節點(diǎn)的時(shí)間精確同步。

5G

利用高度可靠、低延遲的連接(URLLC)，5G技術(shù)擴大了無(wú)線(xiàn)連接在制造和其他工業(yè)應用中的潛力?，F在，即使在嚴苛的RF環(huán)境中，也幾乎可以在任何位置增加連接，以增加機器數據捕捉量、改善工作場(chǎng)所的靈活性，以及消除繁雜的電纜布設。ADI是5G無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的市場(chǎng)領(lǐng)導者，已經(jīng)擁有廣泛的合作伙伴生態(tài)系統，為未來(lái)的在建場(chǎng)所和現有工廠(chǎng)部署5G專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。

60 GHz無(wú)延遲無(wú)線(xiàn)數據鏈路

無(wú)線(xiàn)連接在革新傳統有線(xiàn)連接的過(guò)程里，最受人詬病的問(wèn)題就是鏈路會(huì )存在延遲，而實(shí)時(shí)性是工業(yè)場(chǎng)景里非?？粗氐闹笜?，所有基于數據包的無(wú)線(xiàn)連接標準都存在鏈路延遲的問(wèn)題，這是技術(shù)本質(zhì)決定的。雖然有些技術(shù)可以將延遲縮短，但是也很難保證從指令發(fā)出到設備接受并執行整個(gè)過(guò)程里延遲不會(huì )超出協(xié)議（如EtherCAT）的要求。

60GHz技術(shù)采用直接發(fā)送的位流，能以最快的速度將無(wú)線(xiàn)數據鏈路打通，ADI的ADMV9611和ADMV9621 60 GHz解決方案便能夠提供媲美有線(xiàn)連接的性能，得益于A(yíng)DMV9611和ADMV9621 PCB子系統創(chuàng )建的完整毫米波(mmWave)無(wú)線(xiàn)鏈路，提供全雙工操作，而通過(guò)使用此技術(shù)，ADI得以為工業(yè)自動(dòng)化應用提供實(shí)時(shí)、高度可靠的連接，并且其適應性也很高。

低功耗藍牙BLE

BLE仍然是構建更智能、連接程度更高的世界的一大支柱，特別是隨著(zhù)藍牙技術(shù)規格的不斷優(yōu)化，目前已經(jīng)可以實(shí)現長(cháng)距離、精準定位及大型網(wǎng)絡(luò )設備等應用場(chǎng)景，很適合各種智慧工廠(chǎng)的應用場(chǎng)景，如人員及設備資產(chǎn)的定位、商業(yè)照明、設備控制、自動(dòng)化、傳感器網(wǎng)絡(luò )及監測系統等。

藍牙技術(shù)的另一個(gè)顯著(zhù)的成本優(yōu)勢是其芯片和模塊具有競爭力的價(jià)格。預計到2023年，每年將有近16億部藍牙低能耗設備出貨。其中一個(gè)原因是因為藍牙芯片和模塊的成本非常低。與包括Wi-Fi在內的其他無(wú)線(xiàn)芯片和模塊相比，芯片和模塊的總成本(包括支持組件)要低得多。ADI達爾文系列微控制器和超低功耗集成式BLE 5.2無(wú)線(xiàn)電可以用于解決智能工廠(chǎng)中部署數百萬(wàn)個(gè)無(wú)線(xiàn)設備的連接挑戰。