主流工业以太网技术分析

说到自动化金字塔，我想每一个智造领域的技术人员应该都很清楚，从传感器/执行器通讯，到现场总线，再到实时以太网，以及办公网络，不同的层级与环境可以采用不同的通讯方式，今天的主要内容就是图中红色部分，实时以太网。

自动化部件之间的高效通讯一直是生产系统必不可少的的前提之一，典型的自动化部件有以下几类：PLC控制器，HMI面板、驱动、远程IO、传感器与执行器等，正是由于通讯系统连接了各种各样的自动化部件，使他们构成一个有机的整体~

在通讯的自动化金字塔中，不论是从事PLM、还是MES/MOM、SCADA、PLC、驱动等，通讯都会伴随着你，在IT、OT融合的时代，CT（通讯技术）起到了至关重要的作用，被炒得火热的万物互联，通讯始终是基石~

02 技术分析主流工业以太网

下面我们还是回到今天的主要话题：工业以太网

我想下面的各个组织与工业以太网大家应该都很熟悉，我就不再赘述

我们所说的工业以太网是基于以太网，那到底二者之间有什么样的关系呢？如果看到了这里，你不知道7层协议，不知道以太网在哪些层，不知道TCP、UDP等等，那建议你可以先补一补基础知识：

网络的OSI七层模型和TCP/IP五层模型 | 网络基础（三）

或者不用接着往下看了~

比如我现在问你， PROFINET的TCP/IP标准通信、PROFINET RT和PROFINET IRT有什么区别？

你或许可以从今天的文章中获得答案。

今天整体来看一下PROFINET、ETHERNET/IP、ETHERCAT等他们在7层协议中的一些不同。这也是为啥了解工业以太网，必须有一定的网络知识~

1.将网络七层分为软件层和硬件层，则Ethernet/IP等是下面这样的；

特点：完全基于TCPUDPIP，Process Data通过TCP/IP传输，硬件层未更改，采用传统以太网控制器

2.而PROFINET RT、POWERLINK则是下面这样的：

特点：部分基于TCPUDPIP，硬件层未更改，具有Process Data协议，直接由以太网帧进行传输，TCP/UDP依然存在，不过由Timing Layer控制

3.而PROFINET IRT、ETHERCAT等则是下面这样的：

特点：硬件层更改，使用实时以太网控制器

从以上三张图，就可以很好的为你解密PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE等七大工业以太网从硬件到软件的不同，解密PROFINET的RT和IRT模式，工业以太网和一般IT网络的差异~

今天是本系列的第一讲，算是个开胃菜，后续会进行更详细的分析与解读各大工业以太网，比如所谓的实时工业以太网是如何解决传统以太网数据链路层CSMA/CD技术的非实时、非确定性的，感兴趣的可以持续关注~

03 网络化与软件化的自动化

前不久HMS关于工业网络的报告：

2020工业网络市场份额报告：主流工业以太网、现场总线、工业无线份额对比

中，我们已经看到工业以太网的市场份额已经高达64%

顺势而为，跨界融合一直是本号所提倡的，正如前面的爆款文章：

西门子、施耐德、罗克韦尔等巨头告诉你，为何你大爷始终是你大爷

当中说的：所有面向未来的自动化供应商，都在加速拥抱软件的步伐

而前面我们也提到，如今的自动化，已经变得越来越网络化，越来越软件化了，这是趋势，我们没有必要固步自封，守着自己的一亩三分地，就像前面在文章：

自动化早已不是原来的自动化，为何你却还是原来的你

当中说的，技术始终是广度和深度，几乎所有技术都来自于此前已经存在的技术，就好比今天要说的PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE等等工业以太网，都和以太网脱不了关系，举个例子，如果一个网络小白和一个CCNP甚至更高的水平的人，同时来看工业以太网，小白可能看到那么新名词，可能马上入门到放弃，而CCNP的朋友可能会觉得如鱼得水~

那普通人如何扩展自己的深度和广度呢？我的看法是，让兴趣来引导自己，把本职工作做到公司无人替代的位置，而不止步于此，并在此基础上广度发展。

下面具体来说说要如何权衡自己的广度和深度：

1.广度为辅，深度为主。人生、时间有限，我们不可能精通所有的技术，但我们可以努力地精通工作相关的、有前景的、感兴趣的技术。

2.基础扎实，深入底层。只是解决工作上的问题是远远不够的，应该在工作之余去学习更底层的技术，所谓知其然还得知其所以然。多多思考：为什么要这样用？怎么实现的？还有更好的办法去实现吗？

3.触类旁通，适度学习。学任何的知识都要形成一个体系，才能学得深，记得牢。

04 未来的工业通信

前面转载过一篇文章：

为什么一定要了解OPC UA TSN——未来的工业通信标准

其实目前，各大工业以太网都已逐渐支持TSN技术:

OPCUA、PROFINET、Ethercat等都支持的TSN是什么？—工业通信未来已来

OPC UA TSN

PROFINET TSN

或许短时间内依然很难看到TSN的大量应用，但是未来可期~

当然，除了目前工业网络中普遍存在的现场总线、工业以太网之外，工业5G等也逐步到来~

审核编辑：汤梓红