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今年早些时候推出的以太网-APL 技术是一个重要的技术里程碑，它为过程工业实现了新的高性能数字现场通信范式。其更高的带宽和提供的功率有望在危险和高度分散的位置启用新一代功能更强大的现场设备。而且，由于它基于以太网，因此有望统一并简化未来的控制和信息架构。
但从实际角度来看，全球安装了数千万台模拟 4-20mA 仪器，而且它们的数量每天都在持续增长。此外，越来越多的无线监控仪器加入了这些模拟设备，这些仪器有助于实现全球过程制造商的工业物联网雄心。因此，您可能想知道，所有这些设备如何在未来和未来几十年内共存并协同工作？
答案在于 HART 协议，它有效地超越了模拟 4-20mA 布线、无线网状网络和以太网之间的物理层差异。重要的是，在涉及现场仪表实施和支持时，HART 还保留了行业专业人士无处不在、完善的知识库。
为了详细了解这些支持以太网 APL 的网络之间的这些重要差异如何为用户创造统一的体验，Control 采访了艾默生自动化解决方案业务的首席技术官 Peter Zornio。
问：Peter，首先您能告诉我们一些关于最初的 4-20mA HART 协议的情况，它是如何形成的，以及它是如何在30多年的时间里继续保持相关性的？
A：80年代中后期，随着带微处理器的智能现场设备首次在业界问世，每个系统供应商也有自己的数字协议与这些智能设备进行通信，通常以相对封闭的方式进行。每个供应商都使用自己的协议与自己的设备进行通信，将它们授权给少数几个现场设备合作伙伴供应商。然而，行业和客户群正在寻找一种可以在多个供应商之间互换使用的开放协议。
因此，艾默生旗下的 Rosemont 率先将 HART 协议作为与控制系统进行通信的开放数字协议，这主要是因为当时它们在现场设备中比在系统中强大得多，并且希望与所有系统建立统一的数字连接。从技术角度来看，他们所做的一件非常聪明的事情是将 HART 协议作为数字信号添加到现有的——非常普遍的——4-20mA 模拟通信信号之上，用于过程测量和控制。
这意味着目前所有的系统仍然可以工作，但是有了这些额外的数字信息。保留当前技术确实有助于 HART 在独立仪器供应商和最终用户中迅速采用，他们正在寻找一种与系统供应商无关的数字协议。同时，业界开始努力为纯数字协议制定官方标准，该标准被称为 Foundation 现场总线协议。但是当该标准准备就绪时，大多数设备供应商都支持 HART，并在广泛的控制系统安装基础上启动和运行。此外，它通过不干扰现有工作流程带来的易用性让 HART 建立了强大的动力。
然后，在过去15年左右的时间里，所有系统供应商都推出了更加灵活的 I/O 解决方案，使 HART 设备具有与 Foundation 现场总线提供的减少布线和更灵活安装相同的一些好处。这也增加了 HART 的采用，进一步巩固了它作为过程现场设备的事实上的标准。最终，在2008年，HART 的数字无线版本成为 IEC 标准并取得了良好的使用。它与 4-20mA 标准有很大不同，因为它都是数字的。显然，气道上没有 4-20mA 信号。
问：HART 提供的工作流程的连续性是否是导致 Foundation 现场总线和其他现场总线替代方案未能实现的部分原因？
A：我想如果我们回顾一下，每个人都喜欢基于数字网络的现场通信协议的想法。他们喜欢现场总线段上的多点仪表的想法以及 Foundation 现场总线提供的潜在布线节省。但他们在实践中发现，这需要对劳动力进行大量的再培训。在系统设计过程中花费了额外的工程时间，在仪表和控制系统的安装和故障排除过程中还需要更多训练有素的技术人员。
简而言之，Foundation 现场总线技术很有效，而且效果很好。艾默生 (Emerson) 是其最初推出时的主要支持者之一。我们仍然为我们为 Foundation 现场总线提供的最先进的——我们认为是一流的——解决方案感到非常自豪。但尚未采用 Foundation 现场总线的客户告诉我，由于工作实践的变化以及它带来的培训和复杂性的增加，他们没有采用它。
问：是否可以从适用于以太网-APL 的现场总线的不足中吸取教训？
答：绝对。我坚信我们需要确保不会重蹈 Foundation 现场总线的覆辙。它确实归结为确保以太网-APL 技术的引入不会在培训、工作实践和技能组合方面带来同样的戏剧性变化。如果是这样，它将遭受与 Foundation 现场总线完全相同的采用障碍。
问：艾默生是自动化和控制领域以人为本设计 (HCD) 原则领域的长期领导者。是否有一些适用于此的用户体验原则？
A：我们讲的HCD原理是“有多少痛苦就有多少收获”。这是一个适用于任何地方的原则，但我认为您在这里可以很清楚地看到它。引入 HART 时，它是现有模拟生态系统之上的数字技术。你可以做你以前所做的一切，只是更多。如果以太网-APL 为承诺的性能提升带来了很多新的痛苦，那么采用就会受到影响。
问：10多年前首次引入 WirelessHART 时，创建了 HART-IP（用于 Internet 协议）以通过以太网从 WirelessHART 接入点回传数据。在某种程度上，这项工作似乎预示着以太网-APL 的发展。您能否描述 HART-IP 的一些最新特性，这些特性现在使它适合一直到现场使用？
答：在艾默生，我们首先意识到需要 HART-IP 来聚合无线 HART 或 4-20mA 数字 HART 消息，并在更高带宽的以太网上发送它们。FieldComm Group 的前身 HART 通信基础首先针对此用途对 HART-IP 进行了标准化。WirelessHART 已经具有强制性的网络安全功能，以确保其在潜在控制应用中的安全使用。正如我们现在看到的更广泛使用的 HART-IP；这些相同的网络安全考虑已应用于保护 HART-IP，以直接控制 IP 现场级网络，如以太网-APL。
问：互操作性是多年来来之不易的 HART 生态系统的另一个关键属性。这种互操作性优势是否会延续到我们很快将在市场上看到的下一代基于以太网-APL 的安全 HART-IP 设备和系统？
答：是的。当您谈论不改变工作实践，谈论将技术简化到新的客户站点时，我们围绕 HART 开发的功能强大且丰富的互操作性生态系统可能是安全 HART-IP 带给行业的最重要的东西。您找不到比 HART 更受支持、更成熟、更具互操作性的现场协议生态系统。
我们有一个非常明确的生态系统，其中所有供应商的设备都获得 FieldComm Group 的认证。这确保它们可以与另一个供应商的主机系统一起工作，并且只需提供一个文件就可以在该其他供应商的主机系统上配置它们。一开始，它是一个设备描述 (DD) 文件，然后是一个电子 DD 语言 (EDDL) 文件，现在我们称之为现场设备集成 (FDI) 包。FDI 包支持非常丰富的配置环境，它将 EDDL 的优点与 FDT Group 的设备类型管理器 (DTM) 模板必须提供的所有功能相结合。
最终用户已经开始期望 HART 设备能够在他们的控制系统上“正常工作”，并且他们不会被迫使用来自特定供应商的特定配置工具来使这些设备工作。他们可以简单地选择任何供应商配置包，并期望 HART 设备可配置并集成到控制环境中。
此外，所有主要的控制系统都提供了与辅助 HART 数据的非常丰富的集成，这是您从该工具获得的自动配置的支持。因此，易于配置任何第三方设备，易于将数据集成到控制环境中，这些都是用户所熟知的。借助基于以太网 APL 的安全 HART-IP，他们可以从相同的工具中获得相同的体验；只是更快！
问：出于设备管理和配置的目的，似乎新的基于以太网-APL 的 HART-IP 设备行为与 4-20mA 或 WirelessHART 设备非常相似。您如何描述用户在模拟、无线和以太网-APL 设备之间来回切换时体验的连续性？
A：我只想说，我相信以太网-APL 在很大程度上将成为一种全新的技术。我们不会看到客户进入并升级现有的 Foundation 现场总线、4-20mA 或任何其他协议设备，除非他们确实有一个特定的应用程序来推动他们能够通过以太网-APL获得更高的数据速率。但即使在绿地中，很长一段时间内也会有混合环境。无论是 4-20mA 设备、WirelessHART 设备还是基于以太网-APL 的安全 HART-IP 设备，他们应该能够获得相同的工具、相同的外观和感觉。
问：与尝试引入另一个新协议相比，这似乎是一条更直接的途径。HART 已经与我们合作了很长时间，但是期望它能够满足未来所有类型设备的所有通信需求是否合理？
答：虽然我们通常将相对较慢的 4-20mA HART 用于可能有50-100条数据进行通信的简单设备，例如温度或压力变送器，但我们已经使用 WirelessHART 完成了一些非常复杂的设备。例如，我们能够通过数字信号传输整个无线频谱的振动发射器。因此，我们相信，就基本命令和数据通信方式的结构而言，确实没有安全 HART-IP 无法处理的设备。而且，当然，使用以太网-APL，您将有10 Mbps 的带宽可供使用，快速移动大量数据。
现在，当您进入电气设备领域时，还有其他协议已经在以太网上使用了很长时间，例如 EtherNet/IP、PROFINET 和许多其他协议。我建议我们可能可以为这些设备使用安全的 HART-IP，但我认为因为客户已经在使用这些协议并且拥有受过培训的员工，他们将希望继续使用这些协议，就像 HART 用户一样会对 HART-IP 感到满意。可能还有摄像头、更复杂的声音传感器或我们现在都没有想到的设备可能会带来他们自己的基于以太网的协议。
问：没有什么能阻止您拥有一个包含多种协议的共享基础设施，当您转向更多以太网类型的基础设施时，这是一种思维方式的转变，不是吗？
答：原则上是正确的，但我认为我们将看到用于不同目的的网络之间的一些分段，例如用于控制的网段具有足够的带宽可靠性。但是然后考虑在主干级别将这些专用段组合在一起。
问：您提到 FDI 确实是 HART 互操作性方程式中的关键组成部分。当我们进入这个以太网-APL 世界时，这将如何发挥作用？外国直接投资是否继续发挥我们今天看到的同样的作用？
答：是的，FDI 是确保设备制造商构建具有许多新特性、功能和参数的设备的关键组成部分，连接到这些设备的主机系统可以自动发现这些特性和技术，就像它们如今为 HART 和 Foundation 现场总线做的一样。FDI 还为设备供应商提供了以网页等形式提供用户界面的能力，允许最终用户以设备制造商希望看到和配置的方式查看设备。因此，FDI 允许设备制造商自由添加功能和特性，然后由托管它们的系统自动发现并集成到这些主机系统中，自动且跨多个供应商！
今年早些时候推出的以太网-APL 技术是一个重要的技术里程碑，它为过程工业实现了新的高性能数字现场通信范式。其更高的带宽和提供的功率有望在危险和高度分散的位置启用新一代功能更强大的现场设备。而且，由于它基于以太网，因此有望统一并简化未来的控制和信息架构。
但从实际角度来看，全球安装了数千万台模拟 4-20mA 仪器，而且它们的数量每天都在持续增长。此外，越来越多的无线监控仪器加入了这些模拟设备，这些仪器有助于实现全球过程制造商的工业物联网雄心。因此，您可能想知道，所有这些设备如何在未来和未来几十年内共存并协同工作？
答案在于 HART 协议，它有效地超越了模拟 4-20mA 布线、无线网状网络和以太网之间的物理层差异。重要的是，在涉及现场仪表实施和支持时，HART 还保留了行业专业人士无处不在、完善的知识库。
为了详细了解这些支持以太网 APL 的网络之间的这些重要差异如何为用户创造统一的体验，Control 采访了艾默生自动化解决方案业务的首席技术官 Peter Zornio。
问：Peter，首先您能告诉我们一些关于最初的 4-20mA HART 协议的情况，它是如何形成的，以及它是如何在30多年的时间里继续保持相关性的？
A：80年代中后期，随着带微处理器的智能现场设备首次在业界问世，每个系统供应商也有自己的数字协议与这些智能设备进行通信，通常以相对封闭的方式进行。每个供应商都使用自己的协议与自己的设备进行通信，将它们授权给少数几个现场设备合作伙伴供应商。然而，行业和客户群正在寻找一种可以在多个供应商之间互换使用的开放协议。
因此，艾默生旗下的 Rosemont 率先将 HART 协议作为与控制系统进行通信的开放数字协议，这主要是因为当时它们在现场设备中比在系统中强大得多，并且希望与所有系统建立统一的数字连接。从技术角度来看，他们所做的一件非常聪明的事情是将 HART 协议作为数字信号添加到现有的——非常普遍的——4-20mA 模拟通信信号之上，用于过程测量和控制。
这意味着目前所有的系统仍然可以工作，但是有了这些额外的数字信息。保留当前技术确实有助于 HART 在独立仪器供应商和最终用户中迅速采用，他们正在寻找一种与系统供应商无关的数字协议。同时，业界开始努力为纯数字协议制定官方标准，该标准被称为 Foundation 现场总线协议。但是当该标准准备就绪时，大多数设备供应商都支持 HART，并在广泛的控制系统安装基础上启动和运行。此外，它通过不干扰现有工作流程带来的易用性让 HART 建立了强大的动力。
然后，在过去15年左右的时间里，所有系统供应商都推出了更加灵活的 I/O 解决方案，使 HART 设备具有与 Foundation 现场总线提供的减少布线和更灵活安装相同的一些好处。这也增加了 HART 的采用，进一步巩固了它作为过程现场设备的事实上的标准。最终，在2008年，HART 的数字无线版本成为 IEC 标准并取得了良好的使用。它与 4-20mA 标准有很大不同，因为它都是数字的。显然，气道上没有 4-20mA 信号。
问：HART 提供的工作流程的连续性是否是导致 Foundation 现场总线和其他现场总线替代方案未能实现的部分原因？
A：我想如果我们回顾一下，每个人都喜欢基于数字网络的现场通信协议的想法。他们喜欢现场总线段上的多点仪表的想法以及 Foundation 现场总线提供的潜在布线节省。但他们在实践中发现，这需要对劳动力进行大量的再培训。在系统设计过程中花费了额外的工程时间，在仪表和控制系统的安装和故障排除过程中还需要更多训练有素的技术人员。
简而言之，Foundation 现场总线技术很有效，而且效果很好。艾默生 (Emerson) 是其最初推出时的主要支持者之一。我们仍然为我们为 Foundation 现场总线提供的最先进的——我们认为是一流的——解决方案感到非常自豪。但尚未采用 Foundation 现场总线的客户告诉我，由于工作实践的变化以及它带来的培训和复杂性的增加，他们没有采用它。
问：是否可以从适用于以太网-APL 的现场总线的不足中吸取教训？
答：绝对。我坚信我们需要确保不会重蹈 Foundation 现场总线的覆辙。它确实归结为确保以太网-APL 技术的引入不会在培训、工作实践和技能组合方面带来同样的戏剧性变化。如果是这样，它将遭受与 Foundation 现场总线完全相同的采用障碍。
问：艾默生是自动化和控制领域以人为本设计 (HCD) 原则领域的长期领导者。是否有一些适用于此的用户体验原则？
A：我们讲的HCD原理是“有多少痛苦就有多少收获”。这是一个适用于任何地方的原则，但我认为您在这里可以很清楚地看到它。引入 HART 时，它是现有模拟生态系统之上的数字技术。你可以做你以前所做的一切，只是更多。如果以太网-APL 为承诺的性能提升带来了很多新的痛苦，那么采用就会受到影响。
问：10多年前首次引入 WirelessHART 时，创建了 HART-IP（用于 Internet 协议）以通过以太网从 WirelessHART 接入点回传数据。在某种程度上，这项工作似乎预示着以太网-APL 的发展。您能否描述 HART-IP 的一些最新特性，这些特性现在使它适合一直到现场使用？
答：在艾默生，我们首先意识到需要 HART-IP 来聚合无线 HART 或 4-20mA 数字 HART 消息，并在更高带宽的以太网上发送它们。FieldComm Group 的前身 HART 通信基础首先针对此用途对 HART-IP 进行了标准化。WirelessHART 已经具有强制性的网络安全功能，以确保其在潜在控制应用中的安全使用。正如我们现在看到的更广泛使用的 HART-IP；这些相同的网络安全考虑已应用于保护 HART-IP，以直接控制 IP 现场级网络，如以太网-APL。
问：互操作性是多年来来之不易的 HART 生态系统的另一个关键属性。这种互操作性优势是否会延续到我们很快将在市场上看到的下一代基于以太网-APL 的安全 HART-IP 设备和系统？
答：是的。当您谈论不改变工作实践，谈论将技术简化到新的客户站点时，我们围绕 HART 开发的功能强大且丰富的互操作性生态系统可能是安全 HART-IP 带给行业的最重要的东西。您找不到比 HART 更受支持、更成熟、更具互操作性的现场协议生态系统。
我们有一个非常明确的生态系统，其中所有供应商的设备都获得 FieldComm Group 的认证。这确保它们可以与另一个供应商的主机系统一起工作，并且只需提供一个文件就可以在该其他供应商的主机系统上配置它们。一开始，它是一个设备描述 (DD) 文件，然后是一个电子 DD 语言 (EDDL) 文件，现在我们称之为现场设备集成 (FDI) 包。FDI 包支持非常丰富的配置环境，它将 EDDL 的优点与 FDT Group 的设备类型管理器 (DTM) 模板必须提供的所有功能相结合。
最终用户已经开始期望 HART 设备能够在他们的控制系统上“正常工作”，并且他们不会被迫使用来自特定供应商的特定配置工具来使这些设备工作。他们可以简单地选择任何供应商配置包，并期望 HART 设备可配置并集成到控制环境中。
此外，所有主要的控制系统都提供了与辅助 HART 数据的非常丰富的集成，这是您从该工具获得的自动配置的支持。因此，易于配置任何第三方设备，易于将数据集成到控制环境中，这些都是用户所熟知的。借助基于以太网 APL 的安全 HART-IP，他们可以从相同的工具中获得相同的体验；只是更快！
问：出于设备管理和配置的目的，似乎新的基于以太网-APL 的 HART-IP 设备行为与 4-20mA 或 WirelessHART 设备非常相似。您如何描述用户在模拟、无线和以太网-APL 设备之间来回切换时体验的连续性？
A：我只想说，我相信以太网-APL 在很大程度上将成为一种全新的技术。我们不会看到客户进入并升级现有的 Foundation 现场总线、4-20mA 或任何其他协议设备，除非他们确实有一个特定的应用程序来推动他们能够通过以太网-APL获得更高的数据速率。但即使在绿地中，很长一段时间内也会有混合环境。无论是 4-20mA 设备、WirelessHART 设备还是基于以太网-APL 的安全 HART-IP 设备，他们应该能够获得相同的工具、相同的外观和感觉。
问：与尝试引入另一个新协议相比，这似乎是一条更直接的途径。HART 已经与我们合作了很长时间，但是期望它能够满足未来所有类型设备的所有通信需求是否合理？
答：虽然我们通常将相对较慢的 4-20mA HART 用于可能有50-100条数据进行通信的简单设备，例如温度或压力变送器，但我们已经使用 WirelessHART 完成了一些非常复杂的设备。例如，我们能够通过数字信号传输整个无线频谱的振动发射器。因此，我们相信，就基本命令和数据通信方式的结构而言，确实没有安全 HART-IP 无法处理的设备。而且，当然，使用以太网-APL，您将有10 Mbps 的带宽可供使用，快速移动大量数据。
现在，当您进入电气设备领域时，还有其他协议已经在以太网上使用了很长时间，例如 EtherNet/IP、PROFINET 和许多其他协议。我建议我们可能可以为这些设备使用安全的 HART-IP，但我认为因为客户已经在使用这些协议并且拥有受过培训的员工，他们将希望继续使用这些协议，就像 HART 用户一样会对 HART-IP 感到满意。可能还有摄像头、更复杂的声音传感器或我们现在都没有想到的设备可能会带来他们自己的基于以太网的协议。
问：没有什么能阻止您拥有一个包含多种协议的共享基础设施，当您转向更多以太网类型的基础设施时，这是一种思维方式的转变，不是吗？
答：原则上是正确的，但我认为我们将看到用于不同目的的网络之间的一些分段，例如用于控制的网段具有足够的带宽可靠性。但是然后考虑在主干级别将这些专用段组合在一起。
问：您提到 FDI 确实是 HART 互操作性方程式中的关键组成部分。当我们进入这个以太网-APL 世界时，这将如何发挥作用？外国直接投资是否继续发挥我们今天看到的同样的作用？
答：是的，FDI 是确保设备制造商构建具有许多新特性、功能和参数的设备的关键组成部分，连接到这些设备的主机系统可以自动发现这些特性和技术，就像它们如今为 HART 和 Foundation 现场总线做的一样。FDI 还为设备供应商提供了以网页等形式提供用户界面的能力，允许最终用户以设备制造商希望看到和配置的方式查看设备。因此，FDI 允许设备制造商自由添加功能和特性，然后由托管它们的系统自动发现并集成到这些主机系统中，自动且跨多个供应商！
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