在网络的各个层上，随着自动化和控制工程师需要与网络打交道的机会越来越多，联网的愿望和需要也正在逐渐高涨。而且，以太网和工业以太网正在寻找自己的方式，以适用于工厂应用，并且随着相关技术的发展和改进，原始设备生产商（OEM）提供了具有更高频率的产品。以太网有可能简化到一个层（线路和连接器），正如很多以太网协议一样，虽然服务于各种各样的工业需要，但使用的却是同一个网络。
在监控和数据采集应用中，大多数工程师已经将以太网协议应用于数据采集与监视控制系统（SCADA）和工厂诊断、测试以及维护，当使用以太网或工业以太网时，他们经常选择TCP/IP和EtherNet/IP协议。工程师和其他部门的人员（包括IT部门）合作，共同完成一个系统。这些结论来自于近期Control Engineering和Reed Research Group对Control Engineering订阅者进行的调查，调查涉及工厂和原始设备生产商（OEM）对以太网和工业以太网的当前使用情况以及未来使用计划。
图1：工厂中以太网协议的用途各种各样，主要的应用是数据采集与监视控制
（SCADA）、诊断、检测和维护
Patterns of use
对263名定购、推荐和/或购买以太网协议和以太网产品的客户进行邮件和网络调查，19%以上的人既将其应用于工厂又用来满足OEM要求，51%的人只用于工厂内，30%以上的人只用来满足OEM要求。
三分之一的被调查者还没有组建或使用网络跨职能团队。然而，对于那些具有跨职能团队的，通常60%的人员是工程师。包含在跨职能团队中的其他部门的有30%来自于IT部门，28%来自于工厂工程维护部门，20%来自于生产和工厂管理部门。
受调查者被讯问了他们是如何使用或者计划如何使用工业以太网。比较普遍的回答是用于数据采集与监视控制系统（SCADA）（63%）和诊断、测试和维护（49%）。同样在应用领域列表前列的还有连续处理和批量加工（37%），其中连续处理独自占（32%），运动控制和自动设备占（32%），机器控制CNC设备占（31%），物流设备占（31%）。见所有以太网协议使用情况附图。
图2：以太网协议应用最普遍的场合是监控或者数据采集，和控制层面上
当问及用户将如何或计划如何使用以太网协议的时候，大多数人（88%）回答说用于监控或数据采集，84%的人用于控制领域，63%的人用于I/O数据传输，60%的人用于生产运营。同时提及的是企业级应用和传感器应用。（详细资料见附图）
已经投运的和计划中的以太网连接包括：网络硬件设备（79%）、plc硬件设备（78%）和PC机（77%）。对于那79%的网络硬件设备，有84%现在已经联网，16%计划在12个月内联网；对于PLC硬件设备，有80%现在已经联网，20%计划在12个月内联网；对于PC机，有88%现在已经联网，12%准备联网。其他的应用还包括I/O产品和系统（67%）、可编程自动化控制器（PACs 56%）、变频器（49%）和分布/混合式控制系统（39%）。
选择一个协议
受访者选择不同的以太网协议进行工业应用，本次调查也对受访者进行了相关调查。在10个以太网协议中，TCP/IP协议和EtherNet/IP协议高踞排行榜前列，73%的受访者表示会在这两种协议中选择使用，选择Modbus TCP协议的受访者也很多，几乎达到了半数（47%）。
在其余的协议中，23.6%的受访者选择UDP协议，Profinet协议、高速以太网协议（HSE）分别达到20%。使用率在10%附近或低于10%的协议有：达到11.4%的SERCOS Ⅲ、达到10.6%的EtherCAT、达到8%的Ethernet Powerlink和达到4%的FL-net（opcN-2），其他的选择稍高于7%。（在文章结尾处有各种协议的百分比图）
很多的受访者（88%）已经在工厂中采用了工业以太网，而且几乎所有的人（99%）对它感到满意或非常满意。大约1/3的受访者在2-5年前开始使用工业以太网，大约1/4的受访者在6-10年前就开始使用工业以太网了。14%的受访者已经使用工业以太网超过10年。12%的受访者准备在工厂中采用工业以太网，并且都将在2年内付诸实践。
需求最高的特性
在工业应用领域，速度是工业以太网或者以太网协议的众多特性中需求最高的。94%的受访者陈述道他们需要高速的特性，其中95%认为高速重要、61%认为高速很重要。
其他呼声较高的特性包括：能与现有以太网设备接口的能力（86%）；具有10/100 Base T/TX以太网物理介质（86%）；可购得使用该协议的设备（85%）。在这些特性中，几乎所有（分别是99%、94%、98%）的受访者都认可了这些特性的重要性。
还有一些其他的特性，超过3/4的受访者提及了他们的重要性，包括可升级性（79%）、是否可用于控制类应用（79%）、安全性（79%）、协议是否可以容纳大量设备同时使用（78%）、将数据传送至上级系统的便捷性（77%）、是否具有在线培训（77%）、分布的体系结构（76%）、具有无线传输的物理介质（76%）、是否可以用于监控类应用（76%）。
受访者也对以太网协议的特性需求上反映了一些其他的重要信息。60%的受访者说他们熟知哪一种协议需要搭配哪一种特性，超过1/4（27%）的受访者说他们对此知识丰富或者说他们是此方面的专家。超过半数（58%）的工业以太网的安装都是由控制工程师、工厂工程师或操作工程师完成的，有21%的工作是由第三方集成商完成的，7%的安装工作由顾问完成。
TCP/IP：不是专业工业网络，却在工业应用中占了主导地位
TCP协议在工业以太网应用中占据了主导地位，有73%的受访者正在使用或准备使用TCP协议。它是最古老的协议，用最基本的Webopedia形式定义为“用来连接Internet上主机的通讯协议簇”和“网络数据传输实质上的标准”。Wikipedia描述说这个协议簇是“层的集合。通过使用下层提供的服务，每一层都可以解决数据传输的相关问题并为上层协议提供明确的服务”。
互联网工程工作小组（IETF）认为TCP/IP协议同样是一个占主导地位的协议。互联网工程工作小组是一个由网络设计者、操作者、供应商和研究人员组成的团体，他们为了Internet体系结构的发展和Internet的正常运行而努力。互联网工程工作小组定期更新协议和网络拥塞控制算法，他们可以使互联网稳定运行。IETF的TCP维护和辅助扩展工作组（TCPM WG）继续进行维护（漏洞修补）、用来保证TCP功能的协议和算法的适当改动、发布标准版本、建立TCP路标。这个小组还说将着手解决伪装代码段所带来的连接中断、数据冲突或性能上的问题。IETF中与TCP有关的小组正在对很多论题广泛征求意见，其中还包括TCP的强壮性。
IETF
图3：Ethernet/IP 的网络体系结构，和其他CIP 网络一样，遵循开放式系统互联模型（OSI）
Ethernet/IP和DeviceNet同属于CIP家族
73%的受访者表示他们正在使用或者计划使用EtherNet/IP协议。EtherNet/IP协议是网络协议家族的一员，它的上层运行着通用工业协议。CIP协议是生产自动化领域内信息和服务的一簇复杂集合，它包括控制、安全、同步、动作、设置和信息。据称它是介质无关的，全世界上百家供应商都提供了对此协议的支持。CIP协议统一了制造性企业的通讯体系结构，并为生产自动化提供了诸多优势：通过一个网络或者使用一个网络作为多重分布式CIP网络的中枢，生产者-消费者服务模式使用户能够实时控制、设置并从智能设备获取数据。它和标准的Internet协议兼容，和如同OPC的用于数据获取和交换的标准工业协议也兼容。与IEEE Ethernet标准的兼容，满足了Ethernet网搭建经济上的考虑，为网络接口速度和灵活的网络体系结构提供了多样的选择，包括铜、光纤、环状光纤和无线。它也对工业级仪表提供了多样的选择，使其能够将IP67等级的连接器（M12达到RJ45）与模组、网络状态显示灯合并，加之设备本身的标示，方便了用户的使用。
ODVA
图4：Modbus是通用的、可升级的、普及的网络物理媒介（Ethernet）
与通用网络标准（TCP/IP）和厂商中立的数据表现形式的结合
Modbus/TCP广泛应用
48.5%的受访者正在使用或计划使用Modbus/TCP协议。Modbus在1979年时被引入，它是通用的、可升级的、普及的网络物理媒介（Ethernet）与通用网络标准（TCP/IP）和厂商中立的数据表现形式的结合。Ethernet 502端口被分配给Modbus TCP/IP协议。Modbus是介质无关的，在Ethernet上通常使用光纤和主流的无线技术（Wi/Fi、无线电、GPRS和蓝牙）。它为数据的交换提供了一个开放的可存取的网络平台，只要是支持TCP/IP套接字的设备都可以使用。从技术上讲，Modbus TCP/IP使用了Modbus指令集，并在外围使用了TCP/IP协议进行封装。只要有Modbus驱动，并对Ethernet和TCP/IP套接字有所理解，用户就可以在几个小时内使用最少的硬件将一台设备连线并于PC进行通讯。使用Modbus或者Modbus TCP/IP协议是无需付费的，说明书也可以免费从Modbus-IDA的网站下载www.modbus.org，安装指导也可以从此网站上下载，网站还为使用者和开发人员提供了一个可以自由讨论的动态板块。使用者可以向多个供应商寻求支持。
Modbus-IDA
UDP：事务导向的协议
接近四分之一（23.6%）的受访者正在使用或者计划使用UDP。互联网工程工作小组（IETF）说UDP（用户数据报表协议）使互联的分组交换式计算机可以以报表的模式进行通讯。UDP将Internet协议（IP）作为最基本的协议，为应用程序之间的信息交换提供一个方法，这个方法使用了最少的协议机制。此协议是事务导向的，因此并不保证传输和复制的安全性。如果应用案例要求进行数据流的有序、可靠的传输，那么应该使用传输控制协议（TCP）。UDP模块必须能够从网络地址中得到源地址和目标地址，并能从Internet报头中得到协议域。一个UDP/IP接口应该能够根据指示，返回完整的Internet数据报，其中包括Internet报头。这个接口同样可以将一个带有报头的完整的Internet数据报发送到目的IP地址。此IP会对某些域进行一致性校验，并计算Internet报头的校验和。数据报拥塞控制协议（DCCP）是一个由IETF秘书处维护的官方章节。
IETF
图5：HSE适合作为控制中枢，可以支持现场总线的很多特性，
包括复杂逻辑功能和数据密集型过程设备
高速Ethernet是一条中枢
20%的受访者正在使用或者准备使用高速以太网（HSE）。现场总线基金会描述说，高速以太网（HSE）是关键任务应用场合的核心企业级集成技术。HSE是现场总线基金会的高性能网络，其上运行着Ethernet和TCP/IP协议，是工厂控制中枢的理想选择。以100Mbit/s的速率运行，这个技术是为了设备和系统集成而设计的，具有数据服务器集成技术，例如OPC基金会。它支持现场总线的各种特性，包括标准功能模块、电子设备描述语言（EDDL）以及用于先进过程和离散/混合/批量特定应用的柔性功能块（FFBs）。HSE支持数据密集型过程设备的复杂逻辑功能，并且能够达到企业优化的无缝信息整合。HSE是一个国际标准（IEC 61158），它使来自不同供应商的控制器和网关设备能够协同工作。HSE设备中的柔性功能块（FFBs）可以用例如IEC 61131-3中的编程语言进行描述。HSE技术的设计从底层开始，一直到用于关键任务监控和控制的容错网络以及容错设备。这个小组说道，HSE网络和设备的全部或者一部分可以作为备援，以达到特定应用场合所要求的容错等级。HSE是标准的以太网设备和配线协议。
Fieldbus Foundation
图6：Profinet 的特点之一是吸收了其他的现场总线，例如DeviceNet、基金
会现场总线和Modbus。
全能的Profinet协议
Profinet的特点之一是吸收了其他的现场总线，例如DeviceNet、基金会现场总线和Modbus。
大约20%的受访者正在使用或者计划使用Profinet。Profinet据Profibus行业组织（PTO）称是“全能的工业以太网”，因为它几乎可以用于所有的自动化应用：离散的、流程、动作、对等网络集成、垂直整合、安全和其他应用。因为Profinet使用标准IEEE802.3以太网，它工作于IEEE802.11无线以太网，支持对无系留设备的控制，例如自动导航车辆。现有的带有Profisafe的无线设备据称能为两种技术提供动力。在动作控制应用中，Profinet可以在1ms内完成对150个轴的运动控制，而时间误差只有1ms，这使其可以用于要求苛刻的领域，如印刷行业。Profinet据称是唯一一种工业以太网——定义了工厂资产管理和制造执行系统要求的其他信息之间的通讯。据称，它通过将现有的Profibus和其他现场总线无缝整合，来保护用户在现有工厂中设备和网络上的投资。除了能和Ethernet、TCP/IP、XML和OPC等工业标准接口，Profinet还是一个受PI组织支持的开放工业标准。Profibus International组织（PI）是最老的也是最大的现场总线组织。PI同样支持现场总线节点安装的基础——Profibus。
Profibus Trade Organization
图7：使用 SERCOS III 的基于FPGA 的控制器
SERCOS III精于动作控制
略多于11%的受访者正在使用或者计划使用SERCOS III协议。SERCOS（串行实时通讯系）III工业以太网协议虽然减弱了之前版本对伺服、运动路径、循环和非循环通讯和同步机制的中枢能力，但却给原始的数字动作控制工业网络增加了新的特性。新版本支持现有软件驱动的便捷移植。与早期版本相比，SERCOS III通过使用以太网物理层而不是交换机或者集线器、使用低成本的FPGA通讯控制器、使用Cat5e光缆等方法来减少成本。他支持更高的数据传输速率（100 Mbit/sec，SERCOS II只有16 Mbit/sec），减少最小周期（31.25ms，SERCOS II只有61.5ms），支持标准以太网框架。新特性包括多重运动控制的同步和通讯；环和线上伺服设备的交叉通讯；具有用于容错的硬件备援，以防通讯环的中断；正在运行的连接和节点的热移除；用于驱动集成安全功能的安全通讯；缩短了的周期时间。非实时标准以太网框架可以并行转换到实时通道。控制器对控制器（C2C）同步和通讯协议用来连接使用SERCOS III的动作控制器。
