由于其固有的可靠性、性能和互操作性，以太網(wǎng)作為自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的首選通信協(xié)議已經(jīng)滲透到工廠(chǎng)車(chē)間。今年，工業(yè)以太網(wǎng)的市場(chǎng)份額已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，這些協(xié)議通常需要多個(gè)獨(dú)立和專(zhuān)有的布線(xiàn)設(shè)備。
為了滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境的需要，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(shí)間和地點(diǎn)發(fā)送和接收正確的信息。讓我們看看這些協(xié)議，并檢查工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與商業(yè)以太網(wǎng)LAN環(huán)境的區(qū)別。
四巨頭
工業(yè)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(jí)別的實(shí)時(shí)信息傳輸、碰撞檢測(cè)和確定性（基本上是預(yù)先確定任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的路由）。雖然有幾種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議支持工廠(chǎng)層的各種通信需求，但有四個(gè)主要的參與者值得一提：Modbus TCP/IP、EtherCat、Ethernet/IP和Profinet
Modbus-TCP/IP是第一個(gè)引入的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，它本質(zhì)上是一種傳統(tǒng)的Modbus通信，壓縮在以太網(wǎng)傳輸層協(xié)議中，用于在控制設(shè)備之間傳輸離散數(shù)據(jù)。它使用一種簡(jiǎn)單的主從式通信，在這種通信中，“從”節(jié)點(diǎn)在沒(méi)有“主”節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求的情況下不會(huì)傳輸數(shù)據(jù)，但它不被視為實(shí)時(shí)協(xié)議。
EtherCAT于2003年推出，是一種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，為自動(dòng)化系統(tǒng)提供主/從配置的實(shí)時(shí)通信。EtherCAT的關(guān)鍵元素是，所有聯(lián)網(wǎng)的從設(shè)備都能夠從數(shù)據(jù)包中提取所需的相關(guān)信息，并在數(shù)據(jù)傳輸?shù)较掠螘r(shí)將數(shù)據(jù)插入幀中，這通常被稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)”通信
以太網(wǎng)/IP最初于2000年發(fā)布，是一種廣泛使用的應(yīng)用層工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由開(kāi)放設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì)（ODVA）支持，主要由羅克韋爾自動(dòng)化公司提供。它是唯一完全基于以太網(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。因?yàn)樗褂脴?biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換，所以它可以支持無(wú)限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)。但是，它需要有限的范圍來(lái)避免延遲和支持實(shí)時(shí)通信。
另一個(gè)大的參與者（主要是由于嵌入了西門(mén)子和通用電氣的控制器）是Profinet，這是西門(mén)子與Profibus用戶(hù)組織的成員公司共同開(kāi)發(fā)的一個(gè)應(yīng)用協(xié)議。它實(shí)際上是使用集成到設(shè)備中的特殊交換機(jī)將Profibus I/O控制器通信擴(kuò)展到以太網(wǎng)。
電纜設(shè)備特性
當(dāng)談到支持這些工業(yè)以太網(wǎng)的電纜工廠(chǎng)時(shí)，與商業(yè)以太網(wǎng)局域網(wǎng)相比有一些關(guān)鍵的區(qū)別。首先，我們談?wù)摰墓I(yè)以太網(wǎng)的速度遠(yuǎn)低于我們?cè)诰钟蚓W(wǎng)中看到的千兆和更高的帶寬需求——大約100MB/s是工業(yè)以太網(wǎng)中常用的速度。這是有意義的，因?yàn)樵诠I(yè)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送控制和自動(dòng)化信息所需的帶寬只是從YouTube下載視頻所需帶寬的一小部分。
由于工業(yè)環(huán)境需要能夠經(jīng)受各種惡劣條件（振動(dòng)、液體、灰塵、化學(xué)品和電磁干擾）的電纜和連接，因此這些組件的結(jié)構(gòu)比辦公室局域網(wǎng)中使用的組件更加堅(jiān)固。例如，雖然電纜可能只需要5類(lèi)或5e類(lèi)性能，但工業(yè)電纜通常具有更大的規(guī)格（通常為22AWG）以適應(yīng)更高的溫度、用于隔音的屏蔽結(jié)構(gòu)、用于撓性的絞合導(dǎo)體和用于化學(xué)品的特殊護(hù)套材料，如聚胺脂，耐油和耐磨性。導(dǎo)體本身甚至可以涂上一層以防腐蝕。與日常局域網(wǎng)電纜相比，這些特性為工業(yè)以太網(wǎng)電纜帶來(lái)了更高的價(jià)格標(biāo)簽。
工業(yè)以太網(wǎng)中使用的連接器也需要更加強(qiáng)壯。雖然加固的RJ45連接器設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境，但其具有防塵、防潮和耐化學(xué)物質(zhì)等功能，M12連接器由于其較小的圓形系數(shù)和12mm的鎖緊螺紋，即使在受到?jīng)_擊和振動(dòng)時(shí)也能保持可靠的連接，因此在工業(yè)以太網(wǎng)中的應(yīng)用更為廣泛。此外，M12連接器通常提供更廣泛的入口保護(hù)選項(xiàng)，以承受高壓沖洗和耐腐蝕。
可用于各種機(jī)器連接的直連和角度配置，最常見(jiàn)的M12接頭為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8針是千兆以太網(wǎng)所必需的，它需要所有四對(duì)傳輸線(xiàn)——聽(tīng)起來(lái)很熟悉嗎？在PoE方面，4針M12也只能支持1型PoE，直流電源通過(guò)同一對(duì)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而8針M12是2型及以上所需的。M12到RJ45電纜組件也很常見(jiàn)，在這種情況下，電纜的一端只需連接到存在沖擊和振動(dòng)的機(jī)器上。
本文由上海朗坤翻譯整理，欲了解更多福祿克網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的信息，請(qǐng)致電上海朗坤技術(shù)部，獲取更多行業(yè)最新資訊。021-52930478