工業 4.0 和工業物聯網的推動下，工業自動化技術向數字化轉變。生產場所在不斷改變。各生產地點都在實現網絡連接；彼此之間、公司不同部門之間可以通信，甚至跨公司范圍與外界通信。通過狀態監控、優化機械裝置和技術系統可以大幅提高總體生產效率。但是，這需要企業中的所有參與者（無論是人還是機器）始終保持通信，以交換海量數據和各種參數。

圖 1. 聯網工廠中各種參與者應用示例。

圖 2. 從簡單的模擬傳感器轉向智能傳感器。智能模擬傳感器包括整個信號鏈和處理單元。

以前，連接相對簡單，將來自各種系統的模擬傳感器信號傳輸給中央控制器并進行數字化處理即可，但是，在工業 4.0 時代，傳感器也開始采用數字化技術。采用能夠集成到復雜網絡的任何位置的所謂智能傳感器之后，即可通過網絡以數字形式傳輸記錄的數據量。如圖 2 所示，除了實際測量參數檢測之外，這些智能傳感器將主要的信號調理和處理部分集成在單一封裝結構中。

此外，智能傳感器通常已配備了總線接口。通過對測量參數實施數字化，能夠以更快速度傳輸更多數據。另一項優勢在于信號傳輸更可靠。通過數字信號傳輸，可以減少甚至完全消除信號變化和干擾。此外，在理想情況下，總線使能傳感器可以通過即插即用連接至網絡，意味著控制單元會自動檢測到這些傳感器。如果一個傳感器故障，其他傳感器會繼續正常運行。

但是，所有這些都要求通用、高度可靠、實時可用的網絡從單個傳感器和執行器擴展至機器，最終擴展到整個系統。以太網，尤其是工業以太網，已經成為一套重要的通信標準。與以前的現場總線相比，工業以太網具有決定性的優勢，例如可以在共享傳輸介質上高效、同步地傳輸更大的數據量。此外，工業以太網提供了基于統一基礎構建整個通信的可能性，通過實時擴展來補充傳統以太網，以實現確定性。

去年，ADI 公司針對此類應用推出了實時以太網多協議(REM)開關網關芯片系列 fido5000。該系列產品使用兩個支持 TSN 的以太網端口來實現（例如）線形、環形、星形和冗余星形網絡拓撲。此外，任何主機處理器都可以通過其可配置的存儲器總線接口與開關芯片連接。盡管各種標準在不斷變化，由于 fido5000 REM 開關靈活支持當前的每個工業以太網協議，因此有助于開發人員面向未來設計新產品。

這些優勢通過 JUMO Group 得以實現；JUMO Group 是一家在全球范圍內運營的德國家族性 SMB，位于富爾達地區。JUMO 面向食品、空調、機械工程、化學和制藥、包裝以及水和廢水等眾多行業，開發和生產用于測量、控制和分析物理量和化學量的多種產品和系統解決方案。在這些行業領域，隨時隨地都需要通過大型網絡傳輸多種過程數據。對于 fido5000，這是理想應用場景，也是其用于最新的 JUMO 設計 DICON touch 的原因所在。

JUMO DICON Touch

DICON touch 是一款 2 通道過程和編程控制器，可以通過 TFT 彩色顯示屏查看，支持直觀的觸摸操作。除了提供以前具有的 RS-422/RS-485 MODBUS? RTU、以太網和 PROFIBUS? DP 接口之外，最新款 DICON touch 還可以與 PROFINET 控制器連接并與其通信。上述功能通過集成的 fido5000 2 端口開關實現，該開關支持構建簡單的網絡拓撲。該網絡應用具備多種集成特性，包括注冊數據評估、設置配置，以及用于實現在線可視化的 Web 服務器功能；此外，還支持 PROFINET 實時數據交換。通過認證可保證符合 PROFINET 標準，并兼容來自不同制造商的應用。

圖 3.DICON touch 2 通道過程和編程控制器——首款配備 PROFINET 接口的 JUMO 產品。

ADI 和 JUMO 建立了長期合作關系。2016 年，通過收購 Innovasic，ADI 公司擴展了其工業以太網產品系列。這使得 ADI 能夠幫助客戶實現一系列工業以太網應用，與 JUMO 的合作彰顯了這一點，而這又對雙方的合作產生了積極影響。通過與 JUMO 合作，ADI 公司從單個組件供應商一躍成為真正的設計合作伙伴。JUMO GmbH 的產品經理 Klaus Otto 表示：“ADI 公司是非常不錯的合作伙伴，在我們為多通道過程和編程控制器 JUMO DICON touch 開發 PROFINET 接口的過程中，為我們提供了極有力的專業支持。”

ADI 公司非常重視這種合作伙伴關系，未來會繼續進一步擴展。ADI 公司展開合作的方式，以及利用各自的優勢實現雙贏的特點，使其在這些合作伙伴中脫穎而出。例如，ADI 公司通過在早期階段采用最新技術和解決重大挑戰，為其合作伙伴提供全面的工業 4.0 專業技術支持。

最終，ADI 不斷發展，超越了傳統半導體公司的范疇，打破硅芯片技術的邊界，并大力投資于軟件、系統專業技術和專項技術開發。這種知識積累與覆蓋傳感器到云的整個信號鏈的各種精選功能相結合。從系統層面解決各種挑戰。由此加速開發過程，并縮短產品上市時間。因此，通過更早開發下一代產品來提升競爭力。ADI 無論作為被動合作伙伴提供幫助，還是作為主動合作伙伴，積極提供技術、經驗等支持，都盡力滿足合作伙伴的所有需求。

特別是在開發 DICON touch 過程中，ADI 提供了一種解決方案，能夠滿足基于以太網協議 PROFINET 設計所有器件的需求。挑戰在于，需要開發一款能夠為客戶提供無數可能的通用型器件。DICON touch 采用功能強大的模塊化概念設計：提供簡單的插入卡和用于標準以太網的集成式 PHY，或者提供具有 PROFINET 功能的外接插入卡。Klaus Otto 表示：“開發期間，我們特別關注單個 PROFINET 解決方案，市面上還沒有具備這些功能的同類解決方案。”

除了 fido5000 REM 開關芯片外，在 DICON touch 開發中還用到了集成式 RapID 平臺。該平臺展示了以 fido5000 作為嵌入式設計的完整解決方案。它將 fido5000 開關芯片、通信處理器、JTAG 接口、PHY，以及 Flash?、SDRAM 和 EEPROM 等存儲器集成在同一個電路板上。下一代 RapID 平臺將采用功能更強大、更節能的 ARM? Cortex?-M4 處理器作為通信處理器，可根據需要，在該處理器上執行更多處理功能。開發 DICON touch 期間，JUMO 對現有 RapID 平臺的特性非常感興趣，例如，該平臺提供的常見預認證工業以太網協議。RapID 平臺支持下載所有相關信息，例如電路圖和布局數據，這大大縮短了開發時間。RapID 平臺還提供動態集成 web 服務器，可通過簡單的方式讀取或更改網絡參數，以及輸入和輸出數據；DICON touch 也具備這一特性。該平臺還可以通過 RMII 和 I2C 接口配置 PHY。此外，由于固件已在 DICON touch 上生成鏡像，因此 PROFINET 模塊可以在啟動時更新。

圖 4. 基于 fido5000 的 RapID 平臺可用作評估套件。

所以，RapID 平臺針對 DICON touch 的靈活配置也支持固件更新和網絡訪問。對于 DICON touch 開發，存在無限創新可能。例如，電子器件上不會提供標準閃爍 LED，這是 PROFINET 的一項重要特性。相反，DICON touch 的整個 LED 顯示屏會閃爍。

開發 DICON touch 期間，網絡安全也是一項重要因素。工業控制器的網絡安全無法通過通用型解決方案實現。而是需要根據系統風險評估，采取長遠方法。作為安全策略的一部分，ADI 公司盡力提高以太網元件的安全性。所以，當前的工業以太網和 TSN 解決方案就是該公司安全開發工作的重點。基于 fido5000 的 RapID 平臺補充了多項安全特性，可提供密鑰管理、安全引導、安全更新和安全存儲器訪問，以抵御網絡攻擊。

結論

ADI 利用 fido5000 系列和 RapID 平臺，為合作伙伴提供出色的應用解決方案，幫助客戶滿足實時功能、可靠性和安全性等未來需求。因此，ADI 不僅能為客戶提供優質的產品，同時還提供開發合作或開發支持。這種合作優勢通過新型 JUMO DICON touch 過程控制器得到印證。通過雙方的通力合作，項目如期完成，成功獲得安全可靠的前瞻性解決方案。