都說工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧工廠的物理基礎(chǔ)，如果把現(xiàn)場感知比作人的感官系統(tǒng),，那么工業(yè)現(xiàn)場通訊就是人的神經(jīng)末梢系統(tǒng),。

在現(xiàn)場感知設(shè)備、智能裝備對制造數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取之后,，如何將這些制造數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€層次的信息系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)平臺,？將上層的管理指令下達(dá)到底層設(shè)備,？實現(xiàn)各個設(shè)備的互聯(lián)互通實現(xiàn)更大范圍的自動化？這些都是工業(yè)現(xiàn)場通訊的關(guān)注重點,，也是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)大數(shù)據(jù)的重要銜接環(huán)節(jié),。

從工業(yè)現(xiàn)場通訊的發(fā)展歷史來看，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展大概經(jīng)歷了3個階段：

1

現(xiàn)場總線從上世紀(jì)80年代逐步發(fā)展起來,，已成為自動化的標(biāo)準(zhǔn)配置,，在過程自動化、制造自動化,、樓宇自動化有著成熟的應(yīng)用,，并形成了大量的存量設(shè)備；

2

本世紀(jì)初,，隨著IT技術(shù)的發(fā)展,，以太網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)場總線技術(shù)的融合，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場有了大量應(yīng)用,，并成為工業(yè)現(xiàn)場的主流應(yīng)用,；

3

在特殊環(huán)境下，網(wǎng)線敷設(shè)比較困難,，而一些現(xiàn)場設(shè)備需要靈活移動以滿足業(yè)務(wù)需求,；于是工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)就成為了補充現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)的有效補充,。

當(dāng)前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對于工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)有著極大的影響,，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在互相促進(jìn)和相互融合。網(wǎng)絡(luò)融合為企業(yè)帶來便利的同時,，也會帶來網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險,，因此需要持續(xù)關(guān)注和加大投入。

工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的融合架構(gòu)

考慮到工業(yè)設(shè)備種類繁多,、工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變、通訊技術(shù)特別是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展非常迅猛,，面向未來的工廠現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)必將是一個融合了多種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),。工知哥從經(jīng)驗入手提出一個工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的融合架構(gòu)，供大家參考,。

工業(yè)現(xiàn)場融合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計考量如下：

● 工業(yè)以太網(wǎng)為主干,，滿足PLC/DCS、操作終端,、上層服務(wù)器的通信要求,，建議采用千兆光纖雙環(huán)，以保證穩(wěn)定可靠,；

● 工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線來支持PLC/DCS與現(xiàn)場傳感器,、執(zhí)行機構(gòu)的通信,。考慮到工業(yè)以太網(wǎng)具有一網(wǎng)到底的優(yōu)勢,，從通信功能而言,，優(yōu)先選擇工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)現(xiàn)場IO通訊；

● 無線MESH網(wǎng)絡(luò)滿足移動作業(yè),、物資配送的設(shè)備或終端通信需求,；

● 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)滿足新增儀表的通訊要求。

此融合網(wǎng)絡(luò)是基于工廠自身建設(shè)的考量,，基于低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）的通訊技術(shù)（如NB-IOT）也可以是融合網(wǎng)絡(luò)的有效補充和延展,。

現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線出現(xiàn)之前，工業(yè)自動化普遍采用4-20mA的電流信號,，傳輸?shù)絇LC或DCS后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)為數(shù)字化信號,。而現(xiàn)場總線以數(shù)字通信方式，替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸,，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字,、雙向、多站的通信系統(tǒng),。

現(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層,，作為工廠設(shè)備級基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡單,、容錯能力強,、安全性好、成本低的特點：具有一定的時間確定性和較高的實時性要求,，還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定,，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點,。

目前國際上有40多種現(xiàn)場總線,，常見的現(xiàn)場總線包括ControlNet、Profibus ,、FF HSE,、WorldFIP現(xiàn)場總線、INTERBUS,、FF H1現(xiàn)場總線,。

工業(yè)以太網(wǎng)

目前常用的現(xiàn)場總線已經(jīng)有數(shù)十種，但這些現(xiàn)場總線難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),，多種現(xiàn)場總線互不兼容,，不同公司的控制器之間不能實現(xiàn)高速的實時數(shù)據(jù)傳輸，并與信息網(wǎng)絡(luò)存在協(xié)議上的鴻溝,導(dǎo)致“自動化孤島”現(xiàn)象的出現(xiàn),。

工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù),，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容,，但是實際產(chǎn)品和應(yīng)用卻又完全不同。這主要表現(xiàn)普通商用以太網(wǎng)的產(chǎn)品設(shè)計時,，在材質(zhì)的選用,、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性,、可互操作性,、可靠性、抗干擾性,、本質(zhì)安全性等方面不能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要,。故在工業(yè)現(xiàn)場控制應(yīng)用的是與商用以太網(wǎng)不同的工業(yè)以太網(wǎng)。

工業(yè)以太網(wǎng)也有十來種,，包括Profinet,、Modbus TCP、Ethernet/IP,、HSE,、Ethernet Powerlink、EtherCAT,。各種工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別其實就是協(xié)議的區(qū)別,，其中最主要的還是應(yīng)用層協(xié)議的區(qū)別。

無線MESH網(wǎng)絡(luò)

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)（無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）是一種基于多跳路由,，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，具有移動寬頻的特性，同時它本身可以動態(tài)地不斷擴展,，自組網(wǎng),，自管理，自動修復(fù),，自我平衡,。相對于WIFI，無線Mesh組網(wǎng)方式,，傳輸距離以及移動性上都有很大的改進(jìn),，特別是它具有兼容的Wi-Fi的特性，因此無線Mesh網(wǎng)絡(luò)會對WIFI在增加傳輸距離和移動性,，擴展的Wi-Fi應(yīng)用上提供很大幫助。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network,，wsn）是由許多集傳感與驅(qū)動控制能力,、計算能力、通信能力于一身的資源受限（指計算,、存儲和能源方面的限制）的嵌人式節(jié)點通過無線方式互連起來的網(wǎng)絡(luò),。也指在特定應(yīng)用環(huán)境中布置的傳感器節(jié)點以無線通信方式組織成網(wǎng)絡(luò),，傳感器節(jié)點完成指定的數(shù)據(jù)采集工作，節(jié)點通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中,，并最終由特定的應(yīng)用接收,。

常見的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括ZigBee、WirelessHart,、MiWi,。

工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)

工業(yè)正邁入一個全新的物聯(lián)網(wǎng)時代，工廠現(xiàn)場有著數(shù)以萬計的設(shè)備,、傳感器,，這些設(shè)備的通訊能力各不相同。如何實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的互聯(lián)互通,，就需要工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)了,。工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)將不同體系、不同平臺,、不同架構(gòu)的設(shè)備間進(jìn)行互聯(lián),、互通、互操作,。

一般來說,，工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)需要具備以下能力：

具備現(xiàn)場總線協(xié)議的解析能力，包括串行通訊協(xié)議,，如Modbus,、PPI、MPI,、CNC等,；現(xiàn)場總線協(xié)議：CAN、PROFIBUS等,；

支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：ZigBee,、WirelessHart等）；

具備對上（IT系統(tǒng)）的協(xié)議對接能力,，對上的通訊能力（以太網(wǎng),，WIFI，3G,，4G,，NB－IOT等）；

具備私有協(xié)議二次開發(fā)能力,；

具備數(shù)據(jù)緩存,，本地計算（霧計算／邊緣計算）的能力。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全

隨著網(wǎng)絡(luò)融合，特別是現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)甚至互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通,，信息安全問題成為了工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)必須關(guān)注的問題,。

過去由于工業(yè)現(xiàn)場系統(tǒng)多是以現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，工業(yè)現(xiàn)場對于網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)注甚少,。2009 年美國使用“震網(wǎng)”(Stuxnet)病毒來攻擊伊朗地下核設(shè)施,，這是較早的針對工控網(wǎng)絡(luò)的攻擊；而隨著工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)普及導(dǎo)入之后,，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)遭受的攻擊日趨增多,；2016年更是出現(xiàn)完全基于PLC的病毒。

因此企業(yè)需要在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)管理方面加大對網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)注和投入：

安全的工業(yè)控制產(chǎn)品,，自身具備信息安全能力和認(rèn)證的PLC/DCS等控制產(chǎn)品,；

安全的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)場控制網(wǎng)中構(gòu)建縱深防御/監(jiān)控預(yù)警/快速恢復(fù)等多維度的安全體系,；

網(wǎng)絡(luò)安全管理,；將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)安全管理納入到企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全管理。