是什麼推動了工業匯流排向乙太網的演進

過去的幾十年，乙太網技術一直在各個領域改變著行業的遊戲規則，從早期的區域網，到後來的寬頻網路，再到如今的互聯網。而現在，乙太網技術的關鍵組件正在被用於工業控制現場匯流排，推動著整個製造業生態系統的演變和進化。

事實上，多年以來，傳統的乙太網技術和 TCP/IP 協議早就已經在製造業領域被廣泛應用於企業和車間的網路信息系統和生產運營的管理系統中了，但卻極少被用於實際機器設備和產線內部控制數據和信息的交互和通訊。

機器控制器本身（如 PLC、IPC...等）及其與執行機構（如驅動器、電機...）和感測器之間的通信，總是需要使用確定性的現場控制匯流排。而使用傳統的 TCP/IP 協議，是無法實現和滿足從機器控制到感測器和執行器通訊的實時確定性要求的，因此它並不適用於作為工業設備的控制層匯流排。

然而，在設備製造行業，機器製造商們（例如那些製造數控機床、半導體設備...的企業）卻看到了重複使用基於 TCP/IP 網路設置的硬體組件的價值。因為，互聯網的爆炸性增長，為乙太網通訊組件（如：通訊卡、電纜、接插件...）創造了一個廣泛通用的技術標準，使得這些網路介面卡（NIC）和 TCP 電纜的成本大大降低，僅僅是傳統工業現場匯流排電纜和數據採集卡（DAQ 卡）的幾分之一甚至幾十分之一。因此，與工業領域傳統的專用現場匯流排的配置相比，重複使用此類乙太網硬體將可以幫助企業節省大量經濟成本。

採用乙太網作為現場匯流排的經濟效應是毋庸置疑的，因為乙太網組件能夠幫助帶來顯著的系統成本的降低，同時又具有很好的通用性。

例如，如果採用專有的現場匯流排，機器人製造商必須從單個供應商處購買整套運控系統組件：專用的 I/O 卡件，伺服驅動器、電機，和昂貴的線纜、接插件...等等。

而使用基於乙太網的標準通訊協議，I/O 卡件可以使用通用的乙太網介面替代，專用的匯流排通訊電纜可以由通用的 CAT5 （5 類雙絞線）電纜替代，而如果網路標準能夠支持多個供應商，伺服驅動系統的成本也將顯著降低。

與此同時，使用乙太網連接設備系統組件也將變得更加簡單。例如，相比在設備控制器以及電氣元件上使用複雜的專用匯流排通訊電纜，採用類似家用 / 辦公電腦在聯網時使用的通用 CAT5 電纜將更加易於設備的管理和維護。 而這些僅僅是乙太網技術帶來的經濟效益中的一部分。

業界很快意識到，儘管 TCP/UDP/IP 協議無法提供工業控制系統所要求的實時確定性響應，但是，無處不在且低成本的乙太網硬體，包括：網路介面卡（NIC）和 CAT5 乙太網電纜...等，卻可以被應用於為工業設備系統中，幫助提供控制應用所需的實時響應。

而我們所需要的，只不過是一種新的實時通訊協議，它能夠使用乙太網的硬體物理層，但同時也可以讓設備控制器與設備中所有感測器和執行器的連接和通訊做到具備實時確定性。

自本世紀初以來，各大知名的工業自動化廠商已經相繼推出了至少不下五種不同的實時工業乙太網通訊協議，例如：EtherNet/IP、EtherCAT、PowerLink、ProfiNet 和 SERCOS III ... 等等。它們都被作為「標準」進行推廣，號稱可以重用乙太網協議或乙太網硬體，並且都承諾能夠降低設備實時控制系統的構建成本。

而之所以會有如此多的「潛在標準」的出現，一個很主要原因，就是因為各家都有著明顯不同的技術方法可以做到重複使用乙太網硬體組件（如：網路介面卡和 CAT5 電纜），不僅大幅降低設備成本並提高機器的性能，同時使信息數據的傳輸和交互方式能夠支持實時確定性的應用程序。

多個潛在的「標準」乙太網協議的同時存在，或許還有另外一個原因，就是這些領先的工業自動化廠商正在試圖利用乙太網技術節約其系統方案的總體成本。通過將自己的產品「標準」擴展延伸到乙太網，客戶的確可以從乙太網技術中獲得一定的優勢和價值，但從長期來看，他們卻仍然被牢牢的鎖定在廠家的專有網路中。

另外，新協議的出現，的確能夠幫助用戶利用乙太網技術突破設備現有的性能和成本。同時，與任何其他傳統工業現場匯流排相比，採用正確的實時乙太網現場匯流排標準的機器製造商，也將能夠在性價比方面獲得非常明顯的競爭優勢。

然而，這些對機器製造商和設備用戶們來說，或許已經不那麼重要了，因為經過這些年工業乙太網技術和產品的推廣和普及，用戶們現在面臨的挑戰已經不再是在傳統工業控制匯流排和工業乙太網之間的選擇，而是在複雜且擁擠的市場中，面對太多的工業乙太網協議「標準」之間激烈的競爭和它們各自體現出的不同的價值和優勢，很難知道應該選擇哪個「標準」才是正確的。如果採用錯誤（不恰當）的協議作為標準，就可能意味著不必要的成本消耗，並且由於性能的降低而犧牲競爭優勢。

而在關於工業實時乙太網的各種討論中，有些看似非常樸素的事實卻經常會被人們忽略。網路協議標準的選擇，其實不僅僅在於技術方面的硬性規格和屬性，如性能和傳輸速率...等；還應該包括一些應用體驗方面的軟性指標和參數，如：易用性，開放性，獨立性，風險規避，一致性，互通性，長期可用性和系統分布特性...等等，這些因素綜合在一起，將決定協議和「標準」能否被用戶認可或在市場中普及。

在後面的節目中，我們將和大家一起探討當下各種實時工業乙太網協議的一些主要特徵，以及其作為實時乙太網的現場匯流排，為設備系統的集成和應用可能帶來的效果和影響。