演化vs革新 – 為什么工業(yè)以太網(wǎng)在工廠(chǎng)內部和外部逐漸演化

　　大家都聽(tīng)過(guò)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的熱烈宣傳。什么是物聯(lián)網(wǎng)？我需要它嗎？我的洗碗機在某一天會(huì )連接到互聯(lián)網(wǎng)嗎？新聞報道和社交媒體讓人們對這項重大革新如何改變世界產(chǎn)生興趣。盡管每臺家電和設備都擁有一個(gè)IP地址的愿景非常令人激動(dòng)，但它并不能讓您通過(guò)手機登陸查看和控制每個(gè)工業(yè)面板儀表。但是，當工程師們已經(jīng)開(kāi)始使用串行通信的方式連接控制面板中的各種設備的時(shí)候，這些技術(shù)將在工業(yè)世界中開(kāi)啟一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò )連接時(shí)代。讓我們回顧一下工業(yè)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的演變過(guò)程以及當下它將如何助力行業(yè)發(fā)展。
　　
　　演化壓力
　　
　　工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展始終與聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。作為獨立的控制面板制造商，紅獅控制公司一度面臨演化和開(kāi)發(fā)能夠與工廠(chǎng)中所有設備通信的控制面板的壓力，包括PLC、驅動(dòng)器、監控系統等。隨著(zhù)時(shí)間的推移，聯(lián)網(wǎng)和通信已成為公司生存的必要條件。設備聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不僅僅停留在“聯(lián)網(wǎng)挺好”的口頭階段，而成為讓企業(yè)實(shí)現高效率和保持競爭力的必要手段。
　　
　　互聯(lián)技術(shù)發(fā)展的各個(gè)階段
　　
　　在工業(yè)聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中，首先實(shí)現了同一控制面板中不同設備的通信。隨后，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演變?yōu)橥慌_設備中不同面板之間的通信，然后是一個(gè)車(chē)間中不同設備之間的通信，而現在，甚至不同的工廠(chǎng)都可以聯(lián)網(wǎng)通信。TCP/IP傳輸協(xié)議和以太網(wǎng)物理通信介質(zhì)的日益普及也推動(dòng)了工業(yè)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，現在，不同地點(diǎn)之間已經(jīng)擁有了經(jīng)濟、可靠的傳輸帶寬，不管是通過(guò)有線(xiàn)通信還是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，數據傳輸已經(jīng)超越了空間的限制。
　　
　　IPv4和IPv6編址
　　
　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展需要網(wǎng)絡(luò )架構的支持。第4版互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4理論上只支持約40億個(gè)地址，并預期將很快用完。為了應對這個(gè)挑戰，IPv6互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議應運而生，它可以將IP地址空間大幅擴展。但目前IPv6并未廣泛流行，為什么呢？在我看來(lái)，一方面是因為它比IPv4復雜很多；另一方面，人們發(fā)現了一種解決“網(wǎng)絡(luò )地址危機”的方案，即網(wǎng)絡(luò )地址轉換(NAT)技術(shù)。NAT允許一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的所有設備使用同一IP地址訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò )。因為網(wǎng)絡(luò )中每一個(gè)設備無(wú)需獨立IP地址就能夠訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )，所以NAT迅速流行起來(lái)。此外，NAT還允許反復使用同一IP地址。
　　
　　然而，NAT不僅僅只是一個(gè)應急的解決方案，更是設計網(wǎng)絡(luò )的一種正確方式。它隱藏了系統內部構成，只提供功能和特性供用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，這種網(wǎng)絡(luò )形式在用戶(hù)層應用中非常重要，因為盡管給每臺家電配置一個(gè)獨立的IP地址，并可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)聽(tīng)上去很酷，但如果黑客通過(guò)網(wǎng)絡(luò )調高您的冰箱溫度并在凌晨3點(diǎn)打開(kāi)您的電視，可能就沒(méi)有那么開(kāi)心了。在工業(yè)世界中，這種地址系統非常重要，好的系統設計要求具有獨立性以確保網(wǎng)絡(luò )安全。
　　
　　下一步？安全網(wǎng)關(guān)
　　
　　在工業(yè)世界中，系統的每層都需要安全網(wǎng)關(guān)。在控制面板中，一個(gè)設備可以與所有其它設備連接，并提供單一的連接點(diǎn)來(lái)安全地訪(fǎng)問(wèn)面板的內容。在我們的世界中，這種設備就是操作面板，因為它是通信的自然中心。帶有兩個(gè)以太網(wǎng)端口的人機界面(HMI)可提供NAT和網(wǎng)關(guān)服務(wù)，不僅可以在TCP/IP層操作，還可以在應用層操作，并且能夠通過(guò)常見(jiàn)的工業(yè)通信協(xié)議集中來(lái)自多個(gè)數據源的數據。
　　
　　傳輸至云端
　　
　　我們還預測云技術(shù)將發(fā)揮重要作用，盡管這種應用超出了工廠(chǎng)層面。通過(guò)站點(diǎn)層級的網(wǎng)關(guān)建立連接云服務(wù)器的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )(VPN)，消除站點(diǎn)對于可路由IP地址的需求。這在蜂窩式調制解調器中已經(jīng)實(shí)現–在遠程設備之間創(chuàng )建VPN連接，消除蜂窩網(wǎng)絡(luò )限制接入站點(diǎn)的局限性。
　　
　　互聯(lián)技術(shù)的新領(lǐng)域
　　
　　隨著(zhù)時(shí)間的推移，互聯(lián)技術(shù)將不斷演化，超越工廠(chǎng)的限制，并向網(wǎng)絡(luò )架構和安全性提出新的挑戰。但我們已擁有應對這些挑戰的工具，早年我們的工程師在處理底層通信時(shí)面對的類(lèi)似問(wèn)題讓我們開(kāi)發(fā)了這些重要的工具。物聯(lián)網(wǎng)是真實(shí)的未來(lái)，但它并非是在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)任何信息，而是在必要時(shí)訪(fǎng)問(wèn)必要的信息。工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐表明，合適的通信架構將可確保這個(gè)目的的實(shí)現。