在網絡的各個層上，隨著自動化和控制工程師需要與網絡打交道的機會越來越多，聯網的愿望和需要也正在逐漸高漲。而且，以太網和工業以太網正在尋找自己的方式，以適用于工廠應用，并且隨著相關技術的發展和改進，原始設備生產商（OEM）提供了具有更高頻率的產品。以太網有可能簡化到一個層（線路和連接器），正如很多以太網協議一樣，雖然服務于各種各樣的工業需要，但使用的卻是同一個網絡。
在監控和數據采集應用中，大多數工程師已經將以太網協議應用于數據采集與監視控制系統（SCADA）和工廠診斷、測試以及維護，當使用以太網或工業以太網時，他們經常選擇TCP/IP和EtherNet/IP協議。工程師和其他部門的人員（包括IT部門）合作，共同完成一個系統。這些結論來自于近期Control Engineering和Reed Research Group對Control Engineering訂閱者進行的調查，調查涉及工廠和原始設備生產商（OEM）對以太網和工業以太網的當前使用情況以及未來使用計劃。
圖1：工廠中以太網協議的用途各種各樣，主要的應用是數據采集與監視控制
（SCADA）、診斷、檢測和維護。
Patterns of use
對263名定購、推薦和/或購買以太網協議和以太網產品的客戶進行郵件和網絡調查，19%以上的人既將其應用于工廠又用來滿足OEM要求，51%的人只用于工廠內，30%以上的人只用來滿足OEM要求。
三分之一的被調查者還沒有組建或使用網絡跨職能團隊。然而，對于那些具有跨職能團隊的，通常60%的人員是工程師。包含在跨職能團隊中的其他部門的有30%來自于IT部門，28%來自于工廠工程維護部門，20%來自于生產和工廠管理部門。
受調查者被訊問了他們是如何使用或者計劃如何使用工業以太網。比較普遍的回答是用于數據采集與監視控制系統（SCADA）（63%）和診斷、測試和維護（49%）。同樣在應用領域列表前列的還有連續處理和批量加工（37%），其中連續處理獨自占（32%），運動控制和自動設備占（32%），機器控制CNC設備占（31%），物流設備占（31%）。見所有以太網協議使用情況附圖。
圖2：以太網協議應用最普遍的場合是監控或者數據采集，和控制層面上。 當問及用戶將如何或計劃如何使用以太網協議的時候，大多數人（88%）回答說用于監控或數據采集，84%的人用于控制領域，63%的人用于I/O數據傳輸，60%的人用于生產運營。同時提及的是企業級應用和傳感器應用。（詳細資料見附圖）
已經投運的和計劃中的以太網連接包括：網絡硬件設備（79%）、PLC硬件設備（78%）和PC機（77%）。對于那79%的網絡硬件設備，有84%現在已經聯網，16%計劃在12個月內聯網；對于PLC硬件設備，有80%現在已經聯網，20%計劃在12個月內聯網；對于PC機，有88%現在已經聯網，12%準備聯網。其他的應用還包括I/O產品和系統（67%）、可編程自動化控制器（PACs 56%）、變頻器（49%）和分布/混合式控制系統（39%）。
選擇一個協議
受訪者選擇不同的以太網協議進行工業應用，本次調查也對受訪者進行了相關調查。在10個以太網協議中，TCP/IP協議和EtherNet/IP協議高踞排行榜前列，73%的受訪者表示會在這兩種協議中選擇使用，選擇Modbus TCP協議的受訪者也很多，幾乎達到了半數（47%）。
在其余的協議中，23.6%的受訪者選擇UDP協議，Profinet協議、高速以太網協議（HSE）分別達到20%。使用率在10%附近或低于10%的協議有：達到11.4%的SERCOS Ⅲ、達到10.6%的EtherCAT、達到8%的Ethernet Powerlink和達到4%的FL-net（OPCN-2），其他的選擇稍高于7%。（在文章結尾處有各種協議的百分比圖）
很多的受訪者（88%）已經在工廠中采用了工業以太網，而且幾乎所有的人（99%）對它感到滿意或非常滿意。大約1/3的受訪者在2-5年前開始使用工業以太網，大約1/4的受訪者在6-10年前就開始使用工業以太網了。14%的受訪者已經使用工業以太網超過10年。12%的受訪者準備在工廠中采用工業以太網，并且都將在2年內付諸實踐。
需求最高的特性
在工業應用領域，速度是工業以太網或者以太網協議的眾多特性中需求最高的。94%的受訪者陳述道他們需要高速的特性，其中95%認為高速重要、61%認為高速很重要。
其他呼聲較高的特性包括：能與現有以太網設備接口的能力（86%）；具有10/100 Base T/TX以太網物理介質（86%）；可購得使用該協議的設備（85%）。在這些特性中，幾乎所有（分別是99%、94%、98%）的受訪者都認可了這些特性的重要性。
還有一些其他的特性，超過3/4的受訪者提及了他們的重要性，包括可升級性（79%）、是否可用于控制類應用（79%）、安全性（79%）、協議是否可以容納大量設備同時使用（78%）、將數據傳送至上級系統的便捷性（77%）、是否具有在線培訓（77%）、分布的體系結構（76%）、具有無線傳輸的物理介質（76%）、是否可以用于監控類應用（76%）�！� 受訪者也對以太網協議的特性需求上反映了一些其他的重要信息。60%的受訪者說他們熟知哪一種協議需要搭配哪一種特性，超過1/4（27%）的受訪者說他們對此知識豐富或者說他們是此方面的專家。超過半數（58%）的工業以太網的安裝都是由控制工程師、工廠工程師或操作工程師完成的，有21%的工作是由第三方集成商完成的，7%的安裝工作由顧問完成。
TCP/IP：不是專業工業網絡，卻在工業應用中占了主導地位
TCP協議在工業以太網應用中占據了主導地位，有73%的受訪者正在使用或準備使用TCP協議。它是最古老的協議，用最基本的Webopedia形式定義為̶
0;用來連接Internet上主機的通訊協議簇”和“網絡數據傳輸實質上的標準”。Wikipedia描述說這個協議簇是“層的集合。通過使用下層提供的服務，每一層都可以解決數據傳輸的相關問題并為上層協議提供明確的服務”。
互聯網工程工作小組（IETF）認為TCP/IP協議同樣是一個占主導地位的協議�；ヂ摼W工程工作小組是一個由網絡設計者、操作者、供應商和研究人員組成的團體，他們為了Internet體系結構的發展和Internet的正常運行而努力�；ヂ摼W工程工作小組定期更新協議和網絡擁塞控制算法，他們可以使互聯網穩定運行。IETF的TCP維護和輔助擴展工作組（TCPM WG）繼續進行維護（漏洞修補）、用來保證TCP功能的協議和算法的適當改動、發布標準版本、建立TCP路標。這個小組還說將著手解決偽裝代碼段所帶來的連接中斷、數據沖突或性能上的問題。IETF中與TCP有關的小組正在對很多論題廣泛征求意見，其中還包括TCP的強壯性。
IETF
圖3：Ethernet/IP 的網絡體系結構，和其他CIP 網絡一樣，遵循開放
式系統互聯模型（OSI）。 Ethernet/IP和DeviceNet同屬于CIP家族
73%的受訪者表示他們正在使用或者計劃使用EtherNet/IP協議。EtherNet/IP協議是網絡協議家族的一員，它的上層運行著通用工業協議。CIP協議是生產自動化領域內信息和服務的一簇復雜集合，它包括控制、安全、同步、動作、設置和信息。據稱它是介質無關的，全世界上百家供應商都提供了對此協議的支持。CIP協議統一了制造性企業的通訊體系結構，并為生產自動化提供了諸多優勢：通過一個網絡或者使用一個網絡作為多重分布式CIP網絡的中樞，生產者-消費者服務模式使用戶能夠實時控制、設置并從智能設備獲取數據。它和標準的Internet協議兼容，和如同OPC的用于數據獲取和交換的標準工業協議也兼容。與IEEE Ethernet標準的兼容，滿足了Ethernet網搭建經濟上的考慮，為網絡接口速度和靈活的網絡體系結構提供了多樣的選擇，包括銅、光纖、環狀光纖和無線。它也對工業級儀表提供了多樣的選擇，使其能夠將IP67等級的連接器（M12達到RJ45）與模組、網絡狀態顯示燈合并，加之設備本身的標示，方便了用戶的使用。
ODVA
圖4：Modbus是通用的、可升級的、普及的網絡物理媒介（Ethernet）
與通用網絡標準（TCP/IP）和廠商中立的數據表現形式的結合。 Modbus/TCP廣泛應用
48.5%的受訪者正在使用或計劃使用Modbus/TCP協議。Modbus在1979年時被引入，它是通用的、可升級的、普及的網絡物理媒介（Ethernet）與通用網絡標準（TCP/IP）和廠商中立的數據表現形式的結合。Ethernet 502端口被分配給Modbus TCP/IP協議。Modbus是介質無關的，在Ethernet上通常使用光纖和主流的無線技術（Wi/Fi、無線電、GPRS和藍牙）。它為數據的交換提供了一個開放的可存取的網絡平臺，只要是支持TCP/IP套接字的設備都可以使用。從技術上講，Modbus TCP/IP使用了Modbus指令集，并在外圍使用了TCP/IP協議進行封裝。只要有Modbus驅動，并對Ethernet和TCP/IP套接字有所理解，用戶就可以在幾個小時內使用最少的硬件將一臺設備連線并于PC進行通訊。使用Modbus或者Modbus TCP/IP協議是無需付費的，說明書也可以免費從Modbus-IDA的網站下 www.modbus.org，安裝指導也可以從此網站上下載，網站還為使用者和開發人員提供了一個可以自由討論的動態板塊。使用者可以向多個供應商尋求支持。
Modbus-IDA UDP：事務導向的協議
接近四分之一（23.6%）的受訪者正在使用或者計劃使用UDP�；ヂ摼W工程工作小組（IETF）說UDP（用戶數據報表協議）使互聯的分組交換式計算機可以以報表的模式進行通訊。UDP將Internet協議（IP）作為最基本的協議，為應用程序之間的信息交換提供一個方法，這個方法使用了最少的協議機制。此協議是事務導向的，因此并不保證傳輸和復制的安全性。如果應用案例要求進行數據流的有序、可靠的傳輸，那么應該使用傳輸控制協議（TCP）。UDP模塊必須能夠從網絡地址中得到源地址和目標地址，并能從Internet報頭中得到協議域。一個UDP/IP接口應該能夠根據指示，返回完整的Internet數據報，其中包括Internet報頭。這個接口同樣可以將一個帶有報頭的完整的Internet數據報發送到目的IP地址。此IP會對某些域進行一致性校驗，并計算Internet報頭的校驗和。數據報擁塞控制協議(DCCP)是一個由IETF秘書處維護的官方章節。
圖5：HSE適合作為控制中樞，可以支持現場總線的很多特性，
包括復雜邏輯功能和數據密集型過程設備。 高速Ethernet是一條中樞
20%的受訪者正在使用或者準備使用高速以太網（HSE）。現場總線基金會描述說，高速以太網（HSE）是關鍵任務應用場合的核心企業級集成技術。HSE是現場總線基金會的高性能網絡，其上運行著Ethernet和TCP/IP協議，是工廠控制中樞的理想選擇。以100Mbit/s的速率運行，這個技術是為了設備和系統集成而設計的，具有數據服務器集成技術，例如OPC基金會。它支持現場總線的各種特性，包括標準功能模塊、電子設備描述語言（EDDL）以及用于先進過程和離散/混合/批量特定應用的柔性功能塊（FFBs）。HSE支持數據密集型過程設備的復雜邏輯功能，并且能夠達到企業優化的無縫信息整合。HSE是一個國際標準（IEC 61158），它使來自不同供應商的控制器和網關設備能夠協同工作。HSE設備中的柔性功能塊（FFBs）可以用例如IEC 61131-3中的編程語言進行描述。HSE技術的設計從底層開始，一直到用于關鍵任務監控和控制的容錯網絡以及容錯設備。這個小組說道，HSE網絡和設備的全部或者一部分可以作為備援，以達到特定應用場合所要求的容錯等級。HSE是標準的以太網設備和配線協議。
圖6：Profinet 的特點之一是吸收了其他的現場總線，例如DeviceNet、基金
會現場總線和Modbus。 全能的Profinet協議
Profinet的特點之一是吸收了其他的現場總線，例如DeviceNet、基金會現場總線和Modbus。
大約20%的受訪者正在使用或者計劃使用Profinet。Profinet據Profibus行業組織（PTO）稱是“全能的工業以太網”，因為它幾乎可以用于所有的自動化應用：離散的、流程、動作、對等網絡集成、垂直整合、安全和其他應用。因為Profinet使用標準IEEE802.3以太網，它工作于IEEE802.11無線以太網，支持對無系留設備的控制，例如自動導航車輛�，F有的帶有Profisafe的無線設備據稱能為兩種技術提供動力。在動作控制應用中，Profinet可以在1ms內完成對150個軸的運動控制，而時間誤差只有1ms，這使其可以用于要求苛刻的領域，如印刷行業。Profinet據稱是唯一一種工業以太網——定義了工廠資產管理和制造執行系統要求的其他信息之間的通訊。據稱，它通過將現有的Profibus和其他現場總線無縫整合，來保護用戶在現有工廠中設備和網絡上的投資。除了能和Ethernet、TCP/IP、XML和OPC等工業標準接口，Profinet還是一個受PI組織支持的開放工業標準。Profibus International組織（PI）是最老的也是最大的現場總線組織。PI同樣支持現場總線節點安裝的基礎——Profibus。
圖7：Xilink 網www.xilinx.com 上提供
了使用 SERCOS III 的基于FPGA 的控
制器 SERCOS III精于動作控制
略多于11%的受訪者正在使用或者計劃使用SERCOS III協議。SERCOS（串行實時通訊系）III工業以太網協議雖然減弱了之前版本對伺服、運動路徑、循環和非循環通訊和同步機制的中樞能力，但卻給原始的數字動作控制工業網絡增加了新的特性。新版本支持現有軟件驅動的便捷移植。與早期版本相比，SERCOS III通過使用以太網物理層而不是交換機或者集線器、使用低成本的FPGA通訊控制器、使用Cat5e光纜等方法來減少成本。他支持更高的數據傳輸速率（100 Mbit/sec，SERCOS II只有16 Mbit/sec），減少最小周期（31
.25ms，SERCOS II只有61.5ms），支持標準以太網框架。新特性包括多重運動控制的同步和通訊；環和線上伺服設備的交叉通訊；具有用于容錯的硬件備援，以防通訊環的中斷；正在運行的連接和節點的熱移除；用于驅動集成安全功能的安全通訊；縮短了的周期時間。非實時標準以太網框架可以并行轉換到實時通道。控制器對控制器（C2C）同步和通訊協議用來連接使用SERCOS III的動作控制器。 |
