虽然以太网已经在越来越多的行业和应用中占据了一席之地，但现场总线还远远没有过时。成千上万的遗留现场总线网络将在未来几年继续被依赖。对于任何制造商来说，拆除和替换这些网络的成本都是令人生畏的。除此之外，遗留现场总线网络有一些独特的优势——例如在危险环境中确保本质安全——这是许多工业以太网系统还不能提供的。
的执行董事Michael Bowne解释道:“以太网构成了任何现代工业网络的主干，但仍有一些地方是以太网系统无法到达的。Profibus和Profinet国际公司(PI)在北美。“如今的四线以太网仍然在电线上携带了太多的电压和电流，无法保证本质上的安全性。目前，我们正在努力开发一种可靠的、两线制、经ieee批准的解决方案，称为高级物理层(APL)，适用于危险环境。”
PI正在投资于APL等新技术，以帮助将工业4.0和工业物联网(IIoT)等概念变成现实。APL的目标是将以太网降至危险地区的现场级仪器。为了使过程工业发展到未来，需要一个新的网络标准来使用标准以太网和基于ip的技术来传输过程数据。
Bowne说:“以太网在现场层面将使过程工业的数字化成为现实。”以太网为现有的现场设备安装增加了通用性和带宽。”
Bowne补充道:“虽然工作正在进行中，但是APL还需要几年的时间。”
目前有两种类型的Profibus-DP用于工厂应用和PA用于过程自动化。许多混合产业，如食品和饮料，结合了这两种体系。虽然它们遵循相同的协议，但这两个版本存在于网络堆栈的不同物理层上。
遗留现场总线网络持续生存的原因之一是越来越多的诊断工具和图形接口的结合，使故障排除速度比传统模拟系统更快。Bowne说:“停机时间非常昂贵，特别是在流程自动化中，这些诊断技术的进步帮助公司在不进行重大资本投资的情况下显著降低了成本和生产损失。”
虽然新的工厂安装通常包含Profinet，但10-15年前安装的网络通常使用网关Profibus和Profinet。Bowne解释说:“这使公司能够根据需要完成分段迁移。”例如，通过为系统安装现代PLC，他们还可以利用更多的数据洞察或更高的处理速度和吞吐量，而无需对传统现场总线网络进行重大更改。”
传统网络的新产业
EtherCAT是一种通过以太网发送数据的现场总线，在不同的应用中取得了进展。“例如，半导体行业正在迅速转向EtherCAT，因为它提供了更强大的主干、更大的通信带宽和更快的速度，”该公司北美代表鲍勃•特拉斯克(Bob Trask)表示EtherCAT技术集团(ETG)。他说，已经过渡到EtherCAT的其他行业包括汽车、医疗和生物医学设备制造，以及娱乐、人形机器人和许多先进的运动应用。
新兴的时间敏感网络(TSN)标准在IEEE 802网络中提供了实时功能，这是EtherCAT正在改善通信的一个领域。Trask说:“在机器级别使用EtherCAT，并将机器与TSN桥接连接，创造了最先进的工业以太网网络架构。”“然而，一些复杂的机器仍然需要增强的通信基础设施。将EtherCAT分段集成到TSN网络将结合两种技术的优点，而不需要对EtherCAT从站进行任何更改。这种适应被称为流适应，是由EtherCAT主端软件完成的。TSN桥可以在不进行任何修改的情况下将EtherCAT帧传输到桥上。”
最初的TSN设计旨在将大量音频和视频数据实时流到多个终端站，现在正被广泛应用于工厂和过程自动化的实时数据流应用，提高了网络流量中帧传输的确定性，而不会因拥塞造成损失。
虽然这些变化适用于交换世界，但它们并没有改变传统以太网网络的一些缺点，例如它们在每个节点数据量小的情况下缺乏效率，以及它们灵活但耗时和复杂的转发过程。对于ETG而言，其目标是将TSN作为复杂机器的骨干技术，并与EtherCAT分段结合使用。
“使用TSN和不使用TCP的EtherCAT，可能是一个大统一，”查斯克说，“因为EtherCAT可以轻松地与遗留网络设备、视觉和运动系统进行通信，为遗留技术提供了一座桥梁，所以你不必拆卸和替换。它提供了一条让遗留系统在未来20年继续工作的途径。”
根据I/O应用专家Sree Potluri的说法，串行通信行业已经依赖了几十年，提供了人们习惯的、具有培训和硬件管理的基本、简单的通信方法，但没有推动引入串行通信Beckhoff自动化．
她说:“EtherCAT有很多内置的诊断功能，使收集操作数据变得容易。”“但新产品使用的电线也更少，降低了成本，让人们更容易获得如今每个人都想要的越来越多的数据。”
EtherCAT P就是这种不断增长的生态系统的一个例子。它将通信和电源结合到一根电缆中，简化了现场设备的连接，降低了工业网络的成本。
这些进步的另一个例子是Beckhoff的一系列ELX EtherCAT终端，具有本质安全的I/ o和紧凑的设计，能够直接连接位于0、1和2区危险区域的现场设备。这些终端无缝结合了工业自动化和工艺技术，包括来自EtherCAT系统的综合和全面诊断的所有好处，促进了在0/20区域的危险区域实施无障碍解决方案。
保持他们所知道的
尽管经济环境的变化总是会迫使技术变革，就像石油和天然气行业在价格下降时所做的那样，HART和基金会现场总线继续在过程工业的网络中占据主导地位。“HART在美国是大公司，它喜欢4-20 [mA]通信，但在发展中工业国家，如中东和印度，他们喜欢基金会现场总线，”该公司的市场和业务发展经理Talon Petty解释说FieldComm集团．“这两个遗留网络仍然代表着世界上绝大多数过程自动化装置。虽然以太网的主要优点是速度，但很少有过程自动化应用需要以毫秒为单位的响应时间，而那些需要在250毫秒范围内的响应时间，很容易在精心设计的现场总线段的限制内。”
为了帮助公司管理来自智能设备的日益增长的数据量，五个主要的技术基金会——fieldcomm集团(前现场总线基金会和HART通信基金会的组合)、FDT集团、OPC基金会和pi——花了过去十年的时间开发了一种单一的技术，用于管理来自工厂所有区域的设备的信息。它被称为现场设备集成(FDI)，承诺了一套通用的开发工具和一条统一的路径来合理化电子设备描述语言(EDDL)和现场设备工具(FDT)，以提高标准化、透明度，并最终提高成本。
“外国直接投资不是一项协议;它只是以一种标准化的方式构造数据，以便能够在企业中的各个系统之间理解和发送数据。它还集成了OPC UA，因此它有It人员熟悉的内置技术，使集成更容易，”佩蒂说。“它将实现平稳过渡，并为需要绝对数据访问可靠性的公司提供健壮的通信。它还将降低管理成本，同时使维护遗留系统更容易。”
Petty补充说，尽管FDI技术仍处于初级阶段，但在设施数字化方面面临痛点的行业正在推动变革和采用。
增加了连接
DeviceNet，它由ODVA在接受采访时担任该协会主席的凯瑟琳·沃斯(Katherine Voss)表示，该协会正在从专注于“自动化孤岛”的安装转向更为互联的工厂方式。艾尔·贝登(Al Beydoun)是ODVA的新主席。
DeviceNet和EtherNet/IP一样，利用生产者-消费者的方式进行网络通信。生产者消费者通过优化网络上的消息流量来提高网络效率和性能，”Voss解释道。DeviceNet提供了一种灵活的网络架构方法，摆脱了由确定性消息传递驱动的调度网络中的典型约束。这就是为什么目前它被广泛用于实时控制应用，在这种应用中，毫秒级的更新速率和抖动(相对于消息传递时间)就足够了。”
因为它基于CAN(一种低成本的遗留现场总线，广泛用于发动机控制的汽车模块)，DeviceNet的支持者认为它是连接尚未连接到工业互联网的设备的一种低成本的方式。ODVA认识到这一潜力，成立了一个技术工作组，旨在通过简化的连接和配置方案将DeviceNet应用到以前未连接的设备上。
“通过将DeviceNet扩展到更多类型的设备，”Voss说，“用户既可以保留他们在DeviceNet上的投资，又可以通过ODVA的通用工业协议(Common Industrial Protocol，简称CIP)利用与EtherNet/IP的无缝连接。用户将从以前没有连接的设备中获得具有成本竞争力的连接，以及为未来设计的系统，随着以太网的成本持续下降，这些系统可以与物联网同步发展。”
为了改进故障排除、数据访问和维护方便，企业愿意适应遗留现场总线网络中的增量技术变化，这将继续帮助企业延长他们在这些自动化骨干上的投资寿命。尽管以太网和传统系统都不能解决所有问题，但技术供应商和网络行业团体正在努力探索通往未来的道路，不要忽视当前的需求或客户偏好。
