制造业正在迅速变化，受 ”低容量/高组合”、缩短生命周期、不断变化的劳动力动态和其他全球因素等趋势的推动。行业应对这些趋势的一个方法是改变人类和机器安全协同工作的方式，通过更新的标准和新技术（包括安全通信）实现。
过去，安全系统使用硬接线连接，通常会导致电缆长、电线束大、故障排除困难且设计不灵活。最近对安全网络的转变解决了这些问题，并允许安全控制系统中的各个组件之间进行快速、安全、可靠的通信。这些通信系统的另一个好处是，它们是实施工业物联网 （IIoT） 和工业 4.0 解决方案的关键要素。
在典型的工厂中，有三个或多个通信级别，包括企业级别（以太网）、控制级别（基于以太网的工业协议）和设备/传感器级别（各种技术）。
标准控制系统的控制和设备级工业通信的普及，导致对类似安全通信解决方案的强烈需求。基于最流行的控制级别协议的安全架构现在很常见，通常驻留在相同的物理介质上，从而简化了布线和控制方案。下表列出了最常见的安全控制级别协议及其基于以太网的工业"父"协议和管理机构：
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Ethernet Based Safety Protocol 基于以太网的安全协议 |
Ethernet Based Control Protocol 基于以太网的控制协议 |
Governing Organization 管理组织 |
| CIP Safety | Ethernet IP |
Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) 开放式设备网络供货商协会 |
| PROFISafe | PROFINET |
PROFIBUS and PROFINET International (PI) 国际PROFIBUS/PROFINET INTERNATIONAL组织 |
| Fail Safe over EtherCAT (FSoE) | EtherCAT |
EtherCAT Technology Group EtherCAT技术协会（ETG ) |
| CC-Link IE Safety | CC-Link IE |
CC-Link Partner Association CC链路伙伴协会（CLPA） |
| openSAFETY | Ethernet POWERLINK |
Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG) ETHERNET Powerlink标准化协会(EPSG) |
这些基于以太网的安全协议速度高，可以携带大量信息，非常适合在更高级别设备（如安全 PLC、驱动器、CNC、HMI、运动控制器、远程安全 I/O 和高级安全设备）之间交换数据。大多数客户都熟悉以太网，这些协议是开放和支持的，许多供应商和设备供应商 - 客户可以使用来自多个供应商的产品创建系统。但是，一个缺点是，与一个协议兼容的设备与其他协议不兼容，要求供应商为其设备提供多个通信连接选项。其他缺点包括连接成本高、需要每个连接的设备使用一个 IP 地址以及单个供应商对某些协议的强烈影响。
设备级安全协议相当新，不太常见，在实现许多与基于以太网的安全协议相同的优势的同时，还解决了一些缺点。与以太网协议一样，可以连接各种安全设备（通常来自各种供应商），简化了布线和故障排除，并且可以收集比硬接线更多的数据。缺点是它们通常比以太网协议更慢、携带的数据更少、覆盖距离更短。另一方面，设备连接在物理上更小、成本更低且不会占用 IP 地址，因此可以集成到小型低成本设备中，包括电子挡、安全开关、电感安全传感器和简单的安全光幕。
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Device level Safety Protocol 设备级安全协议 |
Device level Standard Protocol 设备级标准协议 |
Open or Proprietary 开放或专有 |
Governing Organization 管理组织 |
| Safety Over IO-Link/IO-Link Safety* | IO-Link | 半开放/开放 | 巴鲁夫/IO-Link Consortium |
| AS-Interface Safety at Work (ASISafe) | AS-Interface (AS-I) | 开放 | AS-International |
| Flexi Loop | 专有 | 西克 | |
| GuardLink | 专有 |
罗克韦尔自动化 |
*Safety Over IO-Link是安全和 IO-Link的首次实施。IO-LinkSafety规范最近发布，设备尚未可用。
随着将安全和标准传感器更紧密地集成到控制系统中的愿望，对设备级安全通信的认识和需求将会增加。这将受到以下需求的推动：
- 减少和简化布线
- 增加扩展、缩减或更改解决方案的灵活性
- 改进故障排除
- 混合各种供应商的一流组件，以优化解决方案
- 向上收集和分发 IIoT 数据到更高级别的系统
许多用户意识到，无论是基于以太网的安全协议还是设备级安全协议都无法满足其所有需求，尤其是当他们试图实施经济高效、全面的安全解决方案时，该解决方案也可以满足其 IIoT 需求。这是安全通信主机（或网桥）的用处 – 它可以将设备级安全协议连接到控制级安全协议，允许在设备级别进行低成本的传感器连接和数据收集，并将这些数据传输到更高级别的通信和控制系统。
此体系结构的一个示例是 PROFISafe/PROFINET 上的Safety Over IO-Link。安全光幕、电子挡板和安全开关等设备连接到"安全中心"，该已实施Safety Over IO-Link。此集线器通过 PROFINET/IO-Link主机通过"黑色通道"与 PROFISafe PLC 进行通信。安全设备连接非常简单且价格低廉（架下电缆 + 标准 M12 连接器），并且更昂贵（且功能更强大）的以太网 （PROFINET/PROFISafe） 连接仅在需要的地方进行：在主机、PLC 和其他控制级别设备。还有一个好处是，标准传感器和安全传感器都可以通过 PROFINET/IO-Link 主机进行连接，从而简化了设备级架构。
结合设备级别和控制级别协议，可帮助用户优化其安全通信解决方案，平衡成本、数据和速度要求，并允许向上收集和分发 IIoT 数据以控制和 MES 系统。
