不久以前，很多人都懷疑工業以太網是否能替代傳統的工廠現場總線。直到EtherCAT、EtherNet/IP和Profinet這樣的確定性的以太網通信協議開始出現以前，以太網完全不能適應復雜的運動控制應用所需的極快循環時間，這類應用通常需要在內部進行控制回路更新。只需幾個毫秒的空檔就可以正常運作。但是，隨著這些問題被逐步擊破，以太網日益成為工業網絡，特別是離散制造領域的首選。

據PI North America執行董事Michael Bowne介紹，目前每賣出一個Profinet節點就賣出四個Profinet節點；十年前，這些數字是反轉的。

雖然人們越來越傾向于使用工業以太網網絡，但是很多現場總線安裝仍然保留，尤其是在向以太網轉換更為困難的過程工業中。一個原因是：在石油和天然氣工業中，大型室外環境中需要較長的電纜線。因為通常工業以太網的最大長度被限制為100m，以防止信號衰減而造成問題。另外，由于許多過程工業用途都是在按照國家電力標準將其劃分為危險區域的領域進行，因此必須采用特定專業知識的昂貴安全措施，以確保以太網電纜和連接器不會著火。

以太網物理層的最新創新——開放系統互連(OSI)模型的第一層次，用來描述網絡系統的各種功能的概念框架——可能會幫助克服這些障礙。

目前主導單對以太網(SPE)和以太網高級物理層(APL)這兩個以太網創新引領著工業以太網的進一步擴展，它們都帶來了各種潛在的好處。簡單地說，SPE是一種以太網形式，它使用單對雙絞線，而另一種形式的以太網使用兩對或三對。同樣，APL是SPE與IEC 60079雙線本質安全以太網(2-WISE)相結合，能夠將已存在的現場總線A類電纜部署到危險環境中。盡管這種差異看起來微不足道，但是很多業界都贊揚這種發展對工業網絡的應用有重大的影響。

Bowne表示，當我們從現場總線轉到工業以太網時，就像工廠自動化系統發生的步驟變化一樣，我們從中得到的所有利益，在流程控制方面也是一樣的。

單對以太網絡（SPE）

SPE所具有的各種特性使得它非常適用于流程工業環境。

第一，它的最大長度是1000米，是之前工業以太網長度的10倍。這就代表著，不進行權衡就不能完成擴展。SPE傳輸速度是10Mbit/s，而4線和8線以太網可以達到從100Mbit/s到10Gbit/s的速率。不過，與最大通信速度為31.25Kbit/s的現場總線和最大通信速度為1200bit/s的HART相比，仍是一個顯著的進步。

這樣，SPE就是傳統現場總線與其它形式的工業以太網之間的一種中間地帶。Guadalupe Chalas是菲尼克斯電氣的一名高級工程師，他表示盡管現場總線目前可能不能提供能充分利用配備物聯網(IoT)設備產生的大量數據的數據傳輸速度，但是4線和8線以太網可能提供超過必要的數據傳輸速率。

Chalas表示，這類現場設備需要更長的電纜距離，但是需要較小的帶寬。所以，如果要專門討論帶寬，就沒有必要將100Mbit/s標準以太網連接到僅需要8Mbit或10Mbit/s的設備上。在這種情況下，對于不需要的應用程序來說是過度設計、昂貴的連接。

另外，SPE替換了大部分以太網絡電纜固有的RJ45連接器。SPE的連接器不僅更結實，更適用于惡劣的工業環境，而且它們顯然更小，并能與現有傳感器和其它現場儀器中常見的端口相匹配。

Harting標準開發技術經理McKenzie Reed表示，確保更高的互用性，這是標準組織在這方面取得進展的主要原因。RJ45是一個沿襲到工業界的商業產品，SPE標準組織花了很多時間和精力去避免這種情況的重演，因為RJ45連接器在工業環境中使用時存在質量、兼容性和性能問題。

SPE支持數據線供電(PoDL)，能通過傳輸數據以同樣的雙絞線傳輸50瓦的功率。根據Reed的說法，它可以用來為現場的小傳感器和其他簡單的儀器供電，讓用戶不用再用二次電源，從而進一步降低成本。

高級物理層（APL）

APL是一種可以用來為危險環境中的應用提供基本安全性的SPE的安裝架構。這種方法是在IEC技術規范2-WISE基礎上實現的，它定義了多種功率級端口配置文件來限制可能發生爆炸區域內的電流流動。

據ODVA總裁兼執行董事Al Beydoun稱，盡管其他形式的工業以太網可能被用在危險環境中，但是，他們還需要采取額外預防措施，例如，采用機械電纜保護器，以及使用適度計算的較短的電纜線，并且在額外的機柜和外殼上屏蔽連接。排除了這些需求，APL可以減少成本，減少復雜度，并且可以在不影響安全的前提下安裝更長的電纜。

另外，APL被設計用于兼容現有的現場總線A類線路，這將使采用過程變得簡單。之所以如此，是因為雖然APL是因應改變以太網電纜物理層，但是它所提高的數據傳輸能力是通過兼容設備的網絡接口控制器(NIC)和物理收發器(PHY)實現的，而不是電纜本身。這樣，在諸如石油和天然氣或廢水管理等行業，將現有電纜埋入混凝土或其他難以觸及的地方，可通過更新設備和連接器，很容易地實現過渡，而不需要拆除和替換整個布線基礎設施。

更多可用于現代應用的數據

或許把SPE和APL引入過程工業應用的最大好處就是可以把大量的豐富而精細的數據從傳感器和設備傳送到更高級的系統，因為相對于現場總線，以太網的帶寬更大。

另外，現場總線只提供半雙工或單向通訊，SPE和APL就像其它形式的工業以太網一樣，都是全雙工的，也就是說，它們可以同時將數據傳送到連接設備，也可以從所連接設備傳送數據。借助于這一功能，可實現實時、連續可見性的數字孿生等先進技術的應用。

SPE和APL協議也不能確定，這意味著它們可以與任何其他更高級的工業以太網通信協議結合使用，它允許自上而下的以太網使用，而不需要網絡網關或協議轉換。這將增加成本、復雜性。根據Reed的說法，這還會讓調試變得更容易管理，特別是在新員工缺乏現場總線經驗的情況下。

但是，Belden工業以太網和電子電纜產品線經理Sri Senthamaraikannan表示，無處不在的采用不是一夜之間就能實現的。因為該設備必須使用合適的PHY來與SPE和AP兼容，所以這個部署可能要花上三到五年的時間。這就是說，第一個SPE和APL兼容的設備將在今年投產。

還必須注意，SPE和APL并非現有形式的工業以太網的替代，而是一種補充，并特別為在過程工業中引入以太網連接而專門設計的。

Senthamaraikannan表示，SPE帶來了很多好處，但是它無法完全替代現有的4線或8線式工業以太網，因為與SPE相比，它仍有強大的優點，如較高的數據傳輸率；但是在特殊應用中，SPE無疑將成為一種經濟有效的解決方案，并在其中發揮重要作用。將SPE視為在過程控制環境下采用以太網的一個重要推動力。