1、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議現(xiàn)狀

1、在HMS 2025 工業(yè)市場份額年度報(bào)告顯示，工業(yè)以太網(wǎng)已成為工業(yè)自動(dòng)化主流通信技術(shù)，其在新接入節(jié)點(diǎn)中的占比從 2024 年的 71% 上升至 76%。毫無疑問，工業(yè)以太網(wǎng)成為PLC與現(xiàn)場設(shè)備間通信的第一選擇，在 2025 年的研究中，HMS 得出結(jié)論稱，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場仍在持續(xù)增長，預(yù)計(jì)未來五年的整體市場增幅將達(dá)到 7.7%。

圖1 HMS 2025工業(yè)通信協(xié)議市場份額報(bào)告

2、未來設(shè)備支持工業(yè)以太網(wǎng)通信無疑是一個(gè)流行的趨勢，但是在實(shí)際設(shè)備研發(fā)過程中，我們還發(fā)現(xiàn)了另外一個(gè)需求，即工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與普通以太網(wǎng)通信并存的需要。工業(yè)設(shè)備在現(xiàn)場部署與長期運(yùn)行過程當(dāng)中，不僅僅需要與PLC連接，完成必要的工業(yè)控制通信，同時(shí)還需要考慮設(shè)備現(xiàn)場的后臺(tái)調(diào)試、監(jiān)控以及數(shù)據(jù)上傳等業(yè)務(wù)，尤其是現(xiàn)在的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的趨勢加快，設(shè)備配套的監(jiān)控調(diào)試軟件也逐漸由后臺(tái)網(wǎng)頁取代，接口更加統(tǒng)一化，同時(shí)受限于數(shù)據(jù)安全問題，工程師的辦公電腦安裝軟件變得愈發(fā)困難。

圖2 設(shè)備以太網(wǎng)通信需求

3、工業(yè)以太網(wǎng)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)在物理層與數(shù)據(jù)鏈路層是相同的(EtherCAT除外)，即使是EtherCAT協(xié)議也提供了EoE子協(xié)議，用于EtherCAT設(shè)備兼容普通以太網(wǎng)通信協(xié)議。部分廠商在之前可能就采用的普通以太網(wǎng)為自家的設(shè)備開發(fā)了自定義工業(yè)通信協(xié)議，用于設(shè)備通信，在工業(yè)通信協(xié)議飛速普及的今天，由于自動(dòng)化現(xiàn)場對(duì)工業(yè)通信協(xié)議的需求，推動(dòng)了工業(yè)通信協(xié)議一定程度上取代自定義的協(xié)議，但是設(shè)備本身可能需要保留如后臺(tái)網(wǎng)頁、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控等功能，因此，廠家除了需要實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)通信接口外，還需另外開發(fā)一個(gè)以太網(wǎng)接口，一方面提高設(shè)備控制器的PCB BOM成本，另一方面，如果保留原有接口，這意味一臺(tái)設(shè)備在現(xiàn)場需要拉結(jié)至少兩條網(wǎng)線，一條用于工業(yè)以太網(wǎng)通信，一條則用于普通以太網(wǎng)通信。也增加了現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)布線的復(fù)雜性與布線成本。

4、Anybus CompactCom 40以太網(wǎng)模塊本身提供了豐富的以太網(wǎng)功能，包括后臺(tái)網(wǎng)頁以及網(wǎng)頁對(duì)應(yīng)的JSON開發(fā)接口，用戶可根據(jù)實(shí)際需要根據(jù)JSON接口自行開發(fā)網(wǎng)頁界面。

同時(shí)Anybus CompactCom 40的驅(qū)動(dòng)程序中提供了TCP/IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的API接口，用戶通過SPI通道將數(shù)據(jù)傳輸至模塊，由模塊將數(shù)據(jù)封裝成TCP/IP協(xié)議棧數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，這極大方便了工程師擴(kuò)展設(shè)備的以太網(wǎng)通信功能，完全可以滿足技術(shù)復(fù)雜度不高的以太網(wǎng)應(yīng)用場景。

如果設(shè)備原先已有成熟的后臺(tái)網(wǎng)頁基于以太網(wǎng)報(bào)文私有協(xié)議等軟件組件，在設(shè)備升級(jí)工業(yè)通信協(xié)議時(shí)不想二次開發(fā)，那么基于Anybus CompactCom 40 Ethernet RMII接口的應(yīng)用移植則是一個(gè)更優(yōu)的解決路徑。

2、Anybus CompactCom 40如何同時(shí)支持工業(yè)&通用以太網(wǎng)？

1、Anybus CompactCom 40 Ethernet模塊在應(yīng)用側(cè)，即與MCU連接的部分，預(yù)留了RMII接口，用于主控CPU的以太網(wǎng)MAC控制器連接，用于實(shí)現(xiàn)普通以太網(wǎng)，Anybus CompactCom 40本身內(nèi)部集成了工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議棧，且通過SPI或UART接口與MCU交互與PLC之間的工業(yè)通信數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)與Anybus CompactCom 40的內(nèi)部的工業(yè)通信以太網(wǎng)共享同一個(gè)RJ45/光纖接口?，F(xiàn)線布線僅需要一根網(wǎng)線，降低了布線成本。

圖MCU與Anybus CompactCom 40硬件連接示意

2、這與在Anybus CompactCom 40在驅(qū)動(dòng)側(cè)通過預(yù)留API接口TCP/IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)不同，基于Anybus CompactCom 40 Ethernet RMII接口實(shí)現(xiàn)的普通以太網(wǎng)的通信，保留了設(shè)備從MAC數(shù)據(jù)鏈路層到應(yīng)用層的所有層級(jí)通信協(xié)議的開發(fā)能力，理論上通過軟件移植，各類私有協(xié)議、TCP/IP協(xié)議棧、加密傳輸、后臺(tái)網(wǎng)頁等功能都可以進(jìn)行移植，因此對(duì)于設(shè)備原有的以太網(wǎng)應(yīng)用層軟件基本可以做到無縫銜接，避免了二次開發(fā)的冗余工作。

圖5 OSI七層模型

3、STM32F407ZGT6芯片集成符合802.3規(guī)范的以太網(wǎng)MAC控制器，基于此芯片平臺(tái)連接該芯片與Anybus ComapctCom 40的RMII接口，進(jìn)行以太網(wǎng)通信的測試，通過定義一個(gè)EtherType為0x88b5、Data payload為“HELLO HMS”，廣播發(fā)送私有以太網(wǎng)協(xié)議報(bào)文。通過Wireshark，可以很輕松的抓取到該報(bào)文如下圖，并將其解析出來，這個(gè)測試本身不太涉及應(yīng)用層軟件的修改，基于STM32現(xiàn)有的以太網(wǎng)軟件例程在PHY適配部分進(jìn)行簡單修改，即可達(dá)到測試的目的，這清楚的向我們展示了STM32非工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與Anybus ComapctCom 40工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議并駕齊驅(qū)的可行性，為設(shè)備以太網(wǎng)功能集成、高效部署的需求提供了開發(fā)基礎(chǔ)。

圖6 Wireshark抓包

總結(jié)：

在工業(yè)設(shè)備在IT與OT通信融合并存的需求增長的背景下，Anybus ComapctCom 40的RMI功能可以將二者很好的結(jié)合，從降低成本，減少設(shè)備接口的復(fù)雜性，減少網(wǎng)絡(luò)線纜部署，可以看出，Anybus ComapctCom 40是一個(gè)不錯(cuò)的優(yōu)選方案。

HMS公司Anybus品牌旗下的 CompactCom 40嵌入式模塊，同時(shí)支持多種工業(yè)通信協(xié)議，該系列模塊僅需一次開發(fā)，一個(gè)平臺(tái)就可以同時(shí)支持PROFINET、EtherCAT、EtherNet/IP、DeviceNet、CC-Link、PROFIBUS、Modbus等多種協(xié)議。

模塊提供UART/SPI/PCIE接口（任選其一），接入設(shè)備的主控制器CPU/MCU，主控制器通過SPI/UART/ PCIE 接口的與模塊交換數(shù)據(jù)，開發(fā)者不需要關(guān)心工業(yè)通信協(xié)議本身如何實(shí)現(xiàn)，基于免費(fèi)提供的工程板樣品，最快一到兩天就可以實(shí)現(xiàn)方案驗(yàn)證，感興趣就快速與我們聯(lián)系吧！

審核編輯 黃宇