以太网解决方案在现场总线上不断发展和普及

几十年来，随着自动化行业越来越多地利用以太网的卓越带宽、成本效益和普遍熟悉度，以太网解决方案在传统现场总线上取得了进展（就其绝对用户数量和在所有工业节点中所占的百分比而言）。虽然以太网曾经是不确定的，无法可靠地用于控制系统，但此后它已经发展并被纳入许多协议中，例如PROFINET，EtherNet/IP，以太网Powerlink和EtherCAT，甚至可以处理运动控制等高要求的应用。®®®

从长远来看，工业以太网似乎将进一步转变为支持时间敏感网络（TSN）的底层网络。TSN基本上是IEEE 802.1和802.3标准的一组扩展，起源于音频视频桥接项目，该项目最初是为专业音频和视频流的确定性同步而设计的。TSN的理想是创建以下东西：

可供全球供应商使用的开放、可互操作的标准

能够对来自低优先级融合流量的关键流量提供免疫力1

易于使用、配置并整合到现有网络基础架构中

经济实惠，能够将多种类型的流量融合到同一线路上

实时，得益于低抖动保证延迟和关键控制环路的零拥塞

近年来，与TSN相关的发展有很多重要进展，包括2016年2月由博世力士乐、施耐德电气、思科、TTTech、National Instruments和Kuka推出的世界上第一个TSN测试平台。2虽然制造商、汽车制造商和其他公司都在等待并为TSN做出贡献，但其他形式的工业以太网继续蓬勃发展，这表明我们可以预期在未来几年内，即使不是完全放弃现场总线，也会进一步远离。

随着TSN的出现，工业以太网解决方案的销售额继续上升

现场总线在以太网方面取得了巨大的领先优势，直到最近 15 年左右才成为可行的替代方案。同样重要的是要记住，从4 mA到20 mA到现场总线的改变比后来从现场总线到以太网的转变要重要得多。对于4 mA至20 mA，模拟信号必须通过具有单个标量值的许多不同的导线运行。相比之下，使用现场总线，最终可以整合到具有实际值和状态信息的数字网络中。

以太网是一种类似于现场总线的数字网络。尽管如此，它对现场总线的改进还是很大的。随着工业物联网（或工业4.0）成为焦点，与现场总线相比，以太网的可扩展性和带宽将变得更加重要。它还允许将许多专用网络和基础设施整合到更具成本效益的自动化平台中。

“工业以太网是关于创建自动化网络;不同之处在于，工业以太网将网络扩展到控制工程师的领域之外，“PI北美技术营销总监Michael Bowne在《自动化世界》的一篇文章中解释道。3“为了更好地理解这种差异，请考虑安全应用。过去，除了现有的自动化网络外，还需要一个单独的专用接触器和继电器安全系统。如今，所有这些接触器都可以连接到工业以太网，从而消除了额外的布线。用户还可以用安全逻辑控制器替换许多继电器。

这些类型的好处有助于提高PROFINET（Bowne在他的文章中重点介绍）以及EtherNet/IP等的市场份额。2016年2月的一份报告发现，所有以太网协议约占所有已安装节点的38%，而现场总线约占58%（其余4%是无线的，如蓝牙和Wi-Fi，这是今年首次调查）。4虽然两者之间的差距无疑很大，但自2015年以来，它实际上已经缩小，当时现场总线市场的规模仍然是以太网市场的两倍。

各个协议的细分显示：

PROFIBUS 再次成为整体领导者，约占所有节点的 17%。

在以太网解决方案中，EtherNet/IP以9%的比例位居全球领先地位，勉强超过PROFINET的8%和“其他以太网”的8%。

2015年至2016年间，现场总线整体增长率为7%;与此同时，以太网解决方案激增20%

以太网增长率令人印象深刻，因为与2015年相比，以太网增长率实际上有所增加（20%对17%），尽管今年的节点总数比去年更多

协议采用因地区而异;例如，在欧洲和中东，PROFIBUS占据了榜首，而PROFINET增长最快。

然而，常见的工业协议网络在美国占据主导地位，EtherNet/IP和DeviceNet都位居榜首。

在亚洲，没有明确的领导者，只有通常的嫌疑人，包括PROFINET，EtherNet/IP，Modbus和CC-Link。®

展望未来，IIoT可能成为以太网和无线技术采用的重要驱动力

展望工业以太网市场的未来

尽管工业以太网已经存在了一段时间，但直到最近几年才真正进入工厂和其他环境。之前的结果表明，它仍然有很大的增长空间。

根据Technavio的数据，到2019年，工业以太网销售额预计将以平均约9.5%的速度攀升。5推动这一趋势的因素包括采用以太网（现在是一种熟悉的办公技术）的相对容易程度，以及能够以比现场总线更高的速度移动大量数据。

以太网设备的演变

在本十年的剩余时间里（除了与TSN相关的发展之外），需要注意的一件事是以太网设备将如何发展，以适应整个IIoT的新用例和环境。例如，当以太网首次进入工厂时，RJ45连接器（在PC等消费电子产品以及网络交换机等数据中心设备上已经无处不在）是最受欢迎的以太网连接线。RJ45 只是以太网连接器的一种类型。

在整个以太网市场中仍然如此，但在许多工厂中，RJ45已被M12连接器取代，M12连接器提供更强大的保护，免受工业环境中常见的振动，冲击和其他压力。随着IIoT和TSN现在出现在雷达上，我们可能会看到从M12到M8的转变，以便使用更小的I / O模块并容纳更小的设备。

M8 支持高数据传输速率（高达 100 Mbps），还提供入口保护，这使其成为各种工业应用的理想选择。除了连接器类型的更新外，布线也可能发生变化，特别是随着电信基础设施协会对 8 类电缆进行标准化。

以太网和危险设置

以太网在未来几年有许多可能的扩展领域。一个有前途的行业涉及危险的工业环境，传统现场总线长期以来一直处于领先地位。PROFIBUS和其他公司仍然是此类设置的中流砥柱，但工业以太网的潜力将使其越来越难以放弃。

“另一个扩展领域将是危险场所的以太网，PROFIBUS，Foundation Fieldbus和AS-I目前处于领先地位，”图尔克连接产品经理Laura Schweitz在机器设计的一篇文章中解释道。“随着工程师和系统集成商希望获得其他行业已经通过以太网享受的更快速度和高级连接，这种趋势正在出现。

这些用例和其他用例说明了为什么工业以太网具有阳光明媚的增长前景。它可能仍然落后于全球现场总线，但由于当今工业以太网协议的使用越来越多，以及标准化TSN的逐步推出，差距应该会继续缩小。

审核编辑：郭婷