尽管以太网已经在越来越多的行业和应用中占有一席之地，但现场总线还远远没有过时。在未来的几年里，将继续依赖数以千计的传统现场总线网络。拆除和更换这些网络的成本对任何制造商来说都是令人生畏的。除此之外，传统现场总线网络具有一些独特的优势，例如在危险环境中确保本质安全性，这是许多工业以太网系统尚不能提供的。
“以太网构成了任何现代工业网络的骨干，但仍有一些地方是一些以太网系统无法到达的，”Michael Bowne解释道Profibus和Profinet International(PI)在北美。“今天的四线制以太网仍然承载着太多的电压和电流，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、经ieee批准的双线制解决方案，即高级物理层(APL)，适用于危险环境。”
PI正在投资APL等新技术，以帮助将工业4.0和工业物联网(IIoT)等概念变为现实。APL的目标是将以太网降低到危险地区的现场级仪器。将流程工业带入未来需要一个新的网络标准，使用标准以太网和基于ip的技术来传输流程数据。
“现场级的以太网将使流程工业的数字化成为现实，”Bowne说。“以太网为现有的现场设备安装增加了其通用性和带宽。”
Bowne解释说，电流和电压将受到限制，为0区和1 / Div. 1区提供本质安全的系统。物理连接将是坚固的两线连接，通过相同的两线电缆供电。APL预计能够超过目前通用100Base-TX以太网网络上施加的100m限制。
鲍恩补充说:“虽然工作正在进展，但APL还需要几年时间。”
目前有两种用于工厂应用的Profibus-DP和用于过程自动化的PA。许多混合产业，如食品和饮料，结合了这两种系统。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。
遗留现场总线网络继续存在的原因之一是越来越多的诊断工具和图形接口的结合，能够比传统模拟系统更快地进行故障排除。Bowne说:“停机时间是非常昂贵的，特别是在过程自动化中，这些诊断技术的进步可以帮助公司在没有重大资本投资的情况下大幅降低成本和生产损失。”
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| Profinet基于以太网技术，集成了现有的现场总线系统。资料来源:PI North America |
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，他们还可以更好地了解数据，提高处理速度和吞吐量，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，在不同的应用中正在取得进展。“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，”该协会北美代表鲍勃·特拉斯克(Bob Trask)说EtherCAT技术集团(ETG)。他说，其他已经过渡到EtherCAT的行业包括汽车、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网络中提供实时功能，是EtherCAT改进通信的一个领域。Trask说:“在机器层面使用EtherCAT，并将机器与TSN网桥互连，可以创建最先进的工业以太网架构。”“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网络中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，称为流适应，是由EtherCAT主端软件完成的。TSN网桥将能够在不修改网桥的情况下路由EtherCAT框架。”
最初的TSN设计旨在将大量音频和视频数据实时传输到众多终端站，现在正广泛应用于工厂和过程自动化应用，用于实时数据流，提高网络流量中帧传输的确定性，而不会因拥塞而造成损失。
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的一些缺点，例如每个节点数据量小时效率不高，以及灵活但耗时且复杂的转发过程。对于ETG来说，其目标是将TSN与EtherCAT段结合起来，作为复杂机器的骨干技术。
“将TSN与不使用TCP的EtherCAT结合使用可能是一个大统一，”Trask说，“因为EtherCAT可以轻松地与传统网络设备、视觉和运动系统进行通信，为传统技术提供了一座桥梁，所以你不必撕裂和替换。它提供了一条让遗留系统在未来20年继续工作的途径。”
串行通信已经被业界依赖了几十年，提供了人们熟悉的、有培训和硬件管理的基本、简单的通信方法，目前还没有推出串行通信的动力，据Sree Potluri说Beckhoff自动化．
她说:“EtherCAT有很多内置的诊断功能，可以很容易地收集操作数据。“但新产品也使用更少的电线，降低了成本，使人们更容易获取如今每个人都想要的数据。”
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| 通过新的独立于供应商的诊断接口，第三方工具可以从EtherCAT网络访问诊断信息。来源:EtherCAT技术集团 |
EtherCAT P就是这种不断增长的生态系统的一个例子。它将通信和电力整合到一根电缆中，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倍福的一系列ELX EtherCAT终端，具有本质安全的I/ o和紧凑的设计，能够直接连接位于分类为0、1和2区的危险区域的现场设备。该终端无缝结合了工业自动化和工艺技术，包括EtherCAT系统集成和全面诊断的所有优点，促进了0/20区危险区域无障碍解决方案的实施。
坚持他们所知道的
尽管经济环境的变化总是会迫使技术发生变化，就像油价下跌时石油和天然气行业的情况一样，HART和基金会现场总线继续主导过程工业的网络。“HART在美国规模很大，它青睐4-20 (mA)通信，但在中东和印度等发展中工业国家，他们更喜欢基金会现场总线，”该公司的营销和业务发展经理Talon Petty解释说FieldComm集团．“这两个传统网络仍然代表着世界上绝大多数的过程自动化安装。虽然以太网的主要优点是速度快，但很少有流程自动化应用程序需要以毫秒为单位的响应时间，而那些需要的响应时间在250毫秒范围内——这很容易在精心设计的现场总线段的限制内。”
为了帮助企业管理来自智能设备的越来越多的数据，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——在过去的十年里开发了一种用于管理工厂所有区域设备信息的单一技术。被称为现场设备集成(FDI)，它承诺了一套通用的开发工具和一条合理化电子设备描述语言(EDDL)和现场设备工具(FDT)的单一路径，以提高标准化、透明度，并最终降低成本。
“FDI不是一份协议;它只是简单地以标准化的方式构造数据，这样数据就可以在企业中的各个系统之间被理解和发送。它还集成了OPC UA，因此它具有It人员熟悉的内置技术，使集成更容易，”Petty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强大的通信。它也将降低管理成本，同时使维护遗留系统更容易。”
尽管FDI技术仍处于起步阶段，但面临设施数字化痛点的行业正在推动变革和采用，Petty补充道。
增加了连接
控件支持DeviceNetODVA该协会主席凯瑟琳·沃斯(Katherine Voss)在接受采访时表示，该协会正在从专注于“自动化孤岛”的安装转向更加互联的工厂方式。阿尔·贝登(Al Beydoun)是ODVA的新主席。
DeviceNet，像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预定网络中的典型约束。这就是它目前被广泛用于实时控制应用的原因，在这些应用中，毫秒级的更新速率和抖动(相对于消息传递时间)已经足够了。”
因为它基于CAN(一种低成本的传统现场总线，广泛应用于汽车发动机控制模块)，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经济有效的方式。认识到这一潜力，ODVA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(CIP)利用与以太网/IP的无缝连接。用户将为以前没有连接的设备提供具有成本竞争力的连接，以及为未来设计的系统，随着以太网成本的持续下降，这些系统可以与物联网同步发展。”
为了改进故障排除、数据访问和简化维护，企业愿意适应传统现场总线网络的增量技术变化，这将继续帮助企业延长在这些自动化骨干领域的投资寿命。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组织正在努力探索通往未来的道路，不忽视当前的需求或客户偏好。
