总线通信时代
通信是人类的基本需求。在上个世纪计算机诞生不久就有了通信的需求。在那一段时间中，计算机之间是通过各种存储介质来进行数据交换的，例如磁带，软盘，碟片等等。后来计算机可以直接利用电信号来进行通信，尤其是调制解调器的发明，为计算机进行高速、长距离通信提供了条件。
RS-232的出现
在计算机技术发展一段时间后，出现了很多小型化的计算机与设备，也诞生了PLC、控制器等用于工业控制的设备。随着他们的诞生也迎来了工业通信的蓬勃发展的时期。
从通信方式上来看，分为并行通信和串行通信。并行通信传输速率快，但更容易受干扰，多数用于打印机、计算机内部等场景。在工业现场人们更加青睐串行通信，它可以提供更远的传输距离。美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）也规定了通信接口的各种电气规格，并制定出了电气标准EIA-RS-232，RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号。这也就是RS-232的由来。
RS-422的出现
在某些工业通信场景中RS-232能力上也略显不足，最主要的困难是通信距离短。RS-232标准传输距离是15米，而工业现场中很多装备都非常大，这就需要通信设备具有把电信号传输得更远的能力。因此也就出现了RS-422，它没有使用RS-232规定的绝对电压，而是使用了两条线路之间的压差作为0、1信号的载体，通过差模电压不易受到干扰的方法，将传输距离提升到了1200米。这使得RS-422通信标准在工业现场推广开来，因此RS-422也是工业现场通信的开始。
RS-422
RS-485的出现
在工业现场规模使用RS-422通信后，大家很快又遇到了新的问题，发现每个通信节点都需要单独铺设线路非常麻烦、成本很高。因此诞生了RS-485标准，RS-485在RS-422的基础上，利用高阻态提供了多点传输的能力。当没有数据传输时，线路上是空闲状态的，这样就可以让其他站点进行数据传输。正是由于RS-485标准的出现，让工业总线通信真正地普及开来。
RS-485
总线通信时代
在实际通信中，人们还是会遇到各种干扰，遇到很多的信号丢失，信号失真导致的数据传输错误。在这种情况下出现了很多用于传输控制的软件，它们提供了信号纠错，数据校验，重传等等能力。既为我们带来了通信的便利，也为我们带来了各种不同的总线协议，开启了总线通信新时代。
总线通信的不足
前文说到有很多种总线协议，这些协议分别是由不同的人员和厂商开发的。有的协议开放，有的并不开放，在其共同作用下出现的结果就是要与某个品牌的设备通信，就必须用那个品牌的通信协议。一旦遇到了不开放的协议，就没有办法和设备进行通信了。各种通信协议繁多，无法直接互通也给我们带来很多的烦恼。在工业现场，常见的总线通信协议有PROFIBUS，EtherCAT，Modbus，CC-Link，CAN等。
在2000年之前，是总线通信蓬勃发展的时代。总的来说，这些通讯还是基于串行通信技术的。因此他们天生速率不高，承载的信息量有限。那么有没有更好更大带宽的通讯方式来让我们使用呢？从2000年开始我们迎来了工业以太网通信技术。
工业以太网时代
以太网技术很早就发明了，但并没有在工业通信领域中推广开来，主要的原因是成本高昂。随着半导体技术的发展，价格的降低，才逐步应用的工业领域中。
从以太网到工业以太网
以太网其实还是那个以太网，从以太网到工业以太网，看似很简单的一句话，业界走了大概有10年之久。工业以太网是将以太网技术应用到工业领域的一种技术，而在工业领域中由于场景差异巨大，又诞生了很多新的特点与特性。那么工业以太网设备有哪些特点呢？
工业以太网特性
工业以太网的关键是要符合工业的需求。我们可以简单地把工业环境与办公环境做个对比，就会发现两者在温度、光照、粉尘、噪声、电磁场等方面有很大的不同。总结来说主要分为几个方面：
1、机械作用：以太网设备和网线在通信时需要面对工业环境中的振动、跌落、拉伸、扭曲，状态疲劳等我们办公环境中不存在的问题，因此对于通信设备在设计之前就要具备相应的know how，不然生产出来的产品无法满足和适应市场的需求。
2、异物入侵：部署在工业现场的通信设备需要面对工业环境中的粉尘、铁屑、油污、水等特殊的环境，需要提供不同的防护能力才能让设备避免损坏，延长使用寿命。
3、环境方面：在不同的工业现场，通信的设备需要在温度变化大、有化学溶剂、盐/碱，甚至紫外线和各种洗涤剂的环境中工作，需要提升防护能力。
4、电磁方面：在大部分生产环境中，电磁干扰比办公环境高。各种电动机、变频器、变压器、高压开关、微波炉可能就在设备旁边或线路旁边，这些设备在工作时就会产生非常多的电磁干扰，平常的时候让信息通信出现较多误码，有时这些异常电压可以直接烧毁芯片，造成设备损坏，严重影响设备寿命。
5、除了硬件方面之外，在软件方面也需要做诸多的改变。例如为了提高整个网络的稳定性和保证通信的可靠性，工业通信设备厂商把办公网中的生成树协议进行了升级，提出了各种环网协议，并建立了环形拓扑，一旦线路断开，环网可以提供20毫秒内网络自愈的能力，提供了更高的可用性，为工业生产的持续性提供了保障。
经过这些年的产业界共同的努力，工业以太网的发展态势越来越好，进入工业以太网领域的厂商也越来越多。Moxa科技作为专业的工业通信设备厂商，经过35年的耕耘，在多个行业领域累积了丰富的工业通信经验，生产的产品具备多个专属行业的认证证书，产品平均无故障时间长达20年以上，是工业以太网通信领域的领先者。
工业以太网的发展方向
到目前为止，工业以太网技术一直在朝着高速、更适合工业现场使用的方向进行发展。从百兆向千兆、万兆进行过渡，同时借由交换机技术所带来的端口高密度接入能力，工业以太网的覆盖范围越来越大。更多的应用领域让工业以太网技术得到了蓬勃的发展。
未来的工业以太网技术将向何方发展呢？我认为有以下几个方向：
1、高速通信：在未来智能设备越来越多，数据流也会越来越大，设备生产厂家需要提供更高带宽的通信设备，以应对未来的通信需求。
2、时间敏感网络：时间敏感网络也就是TSN（Time Sensitive Networking），它可以对数据传输提供准确的时间控制和更高的确定性，时间精度可以达到微秒级（μs）也就是一百万分之一秒。并且在这个精度下统一全网的时钟，可以做到让数据包在要求的时间准时发送到设备。同时为了保证数据传输的确定性，TSN网络的路径控制、帧复制/帧消除能力可以使用不同的路径传输2条相同的数据，接收方收到数据后选择正确的使用。此外还有见缝插针式的帧抢占能力，更好的利用空闲带宽。带宽预留特性让重要数据不丢失。TSN技术在工业现场可以保障重要的数据不丢失，不出错，准时到达，可以想象未来的工业通信领域必将是以时间敏感网络技术为主。Moxa在2019年就推出了工业场景下使用的TSN工业以太网交换机，到目前为止已经在多个工业现场应用，获得了良好的口碑。
3、安全通信：网络安全是近年来大家都很关注的一个话题，工控领域也不例外。在工业现场的网络更是需要进行安全防护。如果工业设备被攻击就会造成很大的影响，轻则出现经济损失，重则出现重大事故。对于工业通信领域来说，本身就协议众多，多个厂家竞争激烈，很难进行统一，因此工控界根据自身的特点和需求提出了符合工业需求的安全标准IEC 62443。在这个标准中分别针对设备生产厂商、集成商、使用者提出了不同的安全要求与等级。Moxa公司在早期就获得了IEC 62443-4-1认证，相应的在产品设计中也融合了众多的安全防护特性，获得了IEC 62442-4-2的认证，例如EDS-4000/RKS-G4000/MDS-G4000系列就为工业网络的安全通信提供了安全启动、设备访问控制、用户授权认证等多种安全防范工具，也在网络规划之初就把安全通信的概念融合到工控网络之中，为通信安全保驾护航。
Moxa简介
摩莎（Moxa）科技成立于1987年，35年来专注于工业通信技术的研发。可提供完整的工业设备联网、工业计算及工业网络解决方案，结合逾35年的产业经验、连结全球逾9,400万台的工业设备，协助合作伙伴提升工业自动化与通信应用效果，以创造长远的竞争优势及商业价值。
Moxa串口联网产品销量全球排名第一，工业以太网通信产品亚太排名第一。近年来Moxa大力投入TSN/5G等新通信技术的研发，同时通过提供厂内工业通信完整解决方案引领，为客户进行提供厂内MOM/MES,WMS,FMCS/EMS,SCADA等工业网络咨询规划与设计服务。
|
