都說工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧工廠的物理基礎，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)場感知設備、智能裝備對制造數(shù)據(jù)進行抓取之后，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到底層設備？實現(xiàn)各個設備的互聯(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，相關技術的發(fā)展大概經(jīng)歷了3個階段：
1
現(xiàn)場總線從上世紀80年代逐步發(fā)展起來，已成為自動化的標準配置，在過程自動化、制造自動化、樓宇自動化有著成熟的應用，并形成了大量的存量設備；
2
本世紀初，隨著IT技術的發(fā)展，以太網(wǎng)技術與現(xiàn)場總線技術的融合，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場有了大量應用，并成為工業(yè)現(xiàn)場的主流應用；
3
在特殊環(huán)境下，網(wǎng)線敷設比較困難，而一些現(xiàn)場設備需要靈活移動以滿足業(yè)務需求；于是工業(yè)無線網(wǎng)絡就成為了補充現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)的有效補充。
當前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對于工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡有著極大的影響，各種網(wǎng)絡技術也在互相促進和相互融合。網(wǎng)絡融合為企業(yè)帶來便利的同時，也會帶來網(wǎng)絡安全風險，因此需要持續(xù)關注和加大投入。
工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡的融合架構(gòu)
考慮到工業(yè)設備種類繁多、工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復雜多變、通訊技術特別是工業(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)絡必將是一個融合了多種技術的網(wǎng)絡架構(gòu)。工知哥從經(jīng)驗入手提出一個工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡的融合架構(gòu)，供大家參考。
工業(yè)現(xiàn)場融合網(wǎng)絡的設計考量如下：
● 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)絡滿足移動作業(yè)、物資配送的設備或終端通信需求；
● 無線傳感器網(wǎng)絡滿足新增儀表的通訊要求。
此融合網(wǎng)絡是基于工廠自身建設的考量，基于低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）的通訊技術（如NB-IOT）也可以是融合網(wǎng)絡的有效補充和延展。
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量信號的傳輸，是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。
現(xiàn)場總線設備的工作環(huán)境處于過程設備的底層，作為工廠設備級基礎通訊網(wǎng)絡，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)絡負載穩(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)一的標準，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)絡存在協(xié)議上的鴻溝,導致“自動化孤島”現(xiàn)象的出現(xiàn)。
工業(yè)以太網(wǎng)是應用于工業(yè)控制領域的以太網(wǎng)技術，在技術上與商用以太網(wǎng)（即IEEE 802.3標準）兼容，但是實際產(chǎn)品和應用卻又完全不同。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用層協(xié)議的區(qū)別。
無線MESH網(wǎng)絡
無線Mesh網(wǎng)絡（無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡）是一種基于多跳路由，對等網(wǎng)絡技術的新型網(wǎng)絡結(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，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，特別是它具有兼容的Wi-Fi的特性，因此無線Mesh網(wǎng)絡會對WIFI在增加傳輸距離和移動性，擴展的Wi-Fi應用上提供很大幫助。
無線傳感器網(wǎng)絡
無線傳感器網(wǎng)絡（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。也指在特定應用環(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，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)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡中，并最終由特定的應用接收。
常見的無線傳感器網(wǎng)絡包括ZigBee、WirelessHart、MiWi。
工業(yè)通信網(wǎng)關
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)以萬計的設備、傳感器，這些設備的通訊能力各不相同。如何實現(xiàn)現(xiàn)場設備的互聯(lián)互通，就需要工業(yè)通信網(wǎng)關了。工業(yè)通信網(wǎng)關將不同體系、不同平臺、不同架構(gòu)的設備間進行互聯(lián)、互通、互操作。
一般來說，工業(yè)通信網(wǎng)關需要具備以下能力：
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)絡安全
隨著網(wǎng)絡融合，特別是現(xiàn)場網(wǎng)絡與管理網(wǎng)絡甚至互聯(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)絡必須關注的問題。
過去由于工業(yè)現(xiàn)場系統(tǒng)多是以現(xiàn)場總線進行通訊，工業(yè)現(xiàn)場對于網(wǎng)絡安全關注甚少。2009 年美國使用“震網(wǎng)”(Stuxnet)病毒來攻擊伊朗地下核設施，這是較早的針對工控網(wǎng)絡的攻擊；而隨著工業(yè)以太網(wǎng)絡普及導入之后，現(xiàn)場網(wǎng)絡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)絡建設和網(wǎng)絡管理方面加大對網(wǎng)絡安全的關注和投入：
安全的工業(yè)控制產(chǎn)品，自身具備信息安全能力和認證的PLC/DCS等控制產(chǎn)品；
安全的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡，在現(xiàn)場控制網(wǎng)中構(gòu)建縱深防御/監(jiān)控預警/快速恢復等多維度的安全體系；
網(wǎng)絡安全管理；將現(xiàn)場網(wǎng)絡安全管理納入到企業(yè)的網(wǎng)絡安全管理。
