工業(yè)以太網(wǎng)由于其固有的可靠性、高性能和互操作性，已經(jīng)滲透到工廠車間，成為自動化和控制系統(tǒng)的首選通信協(xié)議。近年，工業(yè)以太網(wǎng)的市場份額已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線協(xié)議，后者通常需要多個獨立和專有的布線設(shè)施。
為了滿足工業(yè)環(huán)境需要，工業(yè)以太網(wǎng)本質(zhì)上使用封裝在以太網(wǎng)協(xié)議中的特殊工業(yè)協(xié)議，以確保在需要執(zhí)行特定操作的時間和位置發(fā)送和接收正確信息。讓我們來看看這些協(xié)議，研究一下工業(yè)以太網(wǎng)與商用以太網(wǎng)環(huán)境的區(qū)別。
工業(yè)數(shù)據(jù)通信發(fā)生在路由層、控制層和傳感器層——每一層都需要不同級別的實時信息傳輸、沖突檢測和決策(本質(zhì)上預(yù)先確定任意兩個節(jié)點之間的路由)。雖然有好幾種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議可以支持工廠的各種通信要求，但有四個主要協(xié)議值得關(guān)注——Modbus TCP/IP、EtherCat、EtherNet/IP和Profinet
Modbus TCP/IP是首個推出的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，它本質(zhì)上是一種傳統(tǒng)的Modbus通信，在以太網(wǎng)傳輸層協(xié)議中壓縮，用于在控制設(shè)備之間傳輸離散數(shù)據(jù)。它利用簡單的主從通信，其中“從”節(jié)點在沒有來自“主”節(jié)點的請求的情況下不會發(fā)送數(shù)據(jù)，因此其不被視為真正的實時協(xié)議。
EtherCAT于2003年推出，是一種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可為自動化系統(tǒng)提供主/從配置的實時通信。EtherCAT的關(guān)鍵要素是所有聯(lián)網(wǎng)從機都能夠從數(shù)據(jù)包中僅提取所需的相關(guān)信息，并在向下游傳輸時將數(shù)據(jù)插入幀中——通常稱為“飛速”通信。
以太網(wǎng)/IP最初于2000年推出，是一種主要由羅克韋爾自動化公司提供的廣泛應(yīng)有的應(yīng)用層工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會(ODVA)提供支持。它是唯一一個完全基于以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)并使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。由于其采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換，因此可支持無限數(shù)量的節(jié)點。然而，要求限制距離，以避免延遲并支持實時通信。
另一個重要協(xié)議(很大程度上是由于嵌入至西門子和GE控制器之中)是Profinet，是西門子與Profibus用戶組織的成員公司共同開發(fā)的應(yīng)用協(xié)議。它利用集成至設(shè)備中的特殊交換機本質(zhì)上將Profibus I/O控制器通信擴展至以太網(wǎng)。
對于支持這些工業(yè)以太網(wǎng)的電纜設(shè)備而言，與商用以太網(wǎng)LAN相比，存在一些關(guān)鍵差異。首先，我們所說的工業(yè)以太網(wǎng)的速度遠(yuǎn)低于我們在LAN中看到的千兆位和更高帶寬需求——100 Mb/s左右是工業(yè)以太網(wǎng)的常見速度。這是有道理的，因為與從YouTube下載視頻相比，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送控制和自動化信息所需的帶寬只是個零頭。
由于工業(yè)環(huán)境要求電纜和連接必須能夠抵御各種惡劣條件(振動、液體、灰塵、化學(xué)物質(zhì)和電磁干擾———即滿足MICE的環(huán)境要求)，因此這些組件的結(jié)構(gòu)要比辦公室LAN中使用的組件更為堅固。例如，雖然所用電纜可能只需要具有5類或超5類線性能，但工業(yè)電纜通常具有更大規(guī)格(通常為22AWG)以適應(yīng)更高溫度，具有屏蔽結(jié)構(gòu)以防止噪音，采用多股絞合導(dǎo)線以實現(xiàn)柔韌性，以及采用聚氨酯等特殊護套材料以實現(xiàn)耐化學(xué)性、耐油性和耐磨性。導(dǎo)體本身甚至可以進(jìn)行涂覆處理以防止被腐蝕。上述特性使得工業(yè)以太網(wǎng)電纜的價格比普通LAN電纜高得多。
工業(yè)以太網(wǎng)中使用的連接器也需要更加可靠。雖然專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的加固型RJ45連接器采用密封以實現(xiàn)防塵防水，并具有耐化學(xué)性等特性，但M12連接器由于具有較小的圓形外觀和12mm鎖緊型螺紋而在工業(yè)以太網(wǎng)中得到更廣泛應(yīng)用，即使受到?jīng)_擊和振動，也能保持可靠連接。此外，M12連接器通常具有更廣泛的防侵入保護選項，可承受高壓沖刷并且耐腐蝕。
M12連接器提供直線式和呈角度配置，可實現(xiàn)多種機械連接，最常見的為4針或8針。4針支持大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用中的100 Mb/s速率，而千兆以太網(wǎng)要求采用8針連接器，需要全部四對線進(jìn)行傳輸——聽起來很熟悉吧？對于PoE，4針M12也只支持Type 1 PoE，利用同一對線同時傳輸數(shù)據(jù)和直流電源，而Type 2及更高類型則需要8針M12。M12至RJ45電纜組件也很常見，只需要將電纜的一端連接到存在沖擊和振動情況的機械即可。
隨著工業(yè)以太網(wǎng)不斷擴展，標(biāo)準(zhǔn)組織不斷開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為其提供支持，福祿克網(wǎng)絡(luò)將幫助您與時俱進(jìn)，快速了解如何測試和認(rèn)證這些系統(tǒng)......敬請期待。
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