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什么是工業以太網?
發布日期:2020-5-14
工業以太網因為其固有的牢靠性、高性能和互操作性,現已滲透到工廠車間,成為自動化和操控體系的選的通訊協議。近年,工業以太網的市場份額現已超過了傳統的現場總線協議,后者一般需求多個獨立和專有的布線設施。

為了滿足工業環境需求,工業以太網實質上使用封裝在以太網協議中的特別工業協議,以保證在需求履行特定操作的時刻和方位發送和接納正確信息。讓咱們來看看這些協議,研究一下工業以太網與商用以太網環境的區別。

一、電纜設備特性

關于支撐這些工業以太網的電纜設備而言,與商用以太網LAN比較,存在一些要害差異。咱們所說的工業以太網的速度遠低于咱們在LAN中看到的千兆位和更高帶寬需求——100 Mb/s左右是工業以太網的常見速度。這是有道理的,因為與從YouTube下載視頻比較,工業網絡中發送操控和自動化信息所需的帶寬只是個零頭。

因為工業環境要求電纜和連接有必要能夠抵御各種惡劣條件(振蕩、液體、灰塵、化學物質和電磁干擾———即滿足MICE的環境要求),因而這些組件的結構要比工作室LAN中使用的組件更為鞏固。例如,盡管所用電纜可能只需求具有5類或超5類線性能,但工業電纜一般具有更大規格(一般為22AWG)以習慣更高溫度,具有屏蔽結構以防止噪音,選用多股絞合導線以完成柔韌性,以及選用聚氨酯等特別護套材料以完成耐化學性、耐油性和耐磨性。導體自身乃至能夠進行涂覆處理以防止被腐蝕。上述特性使得工業以太網電纜的價格比普通LAN電纜高得多。

工業以太網中使用的連接器也需求更加牢靠。盡管專為工業環境而設計的加固型RJ45連接器選用密封以完成防塵防水,并具有耐化學性等特性,但M12連接器因為具有較小的圓形外觀和12mm鎖緊型螺紋而在工業以太網中得到更廣泛應用,即使受到沖擊和振蕩,也能保持牢靠連接。此外,M12連接器一般具有更廣泛的防侵入維護選項,可承受高壓沖刷并且耐腐蝕。

M12連接器供給直線式和呈角度配置,可完成多種機械連接,較為常見的為4針或8針。4針支撐大多數工業以太網應用中的100 Mb/s速率,而千兆以太網要求選用8針連接器,需求全部四對線進行傳輸——聽起來很熟悉吧?關于PoE,4針M12也只支撐Type 1 PoE,使用同一對線一起傳輸數據和直流電源,而Type 2及更高類型則需求8針M12。M12至RJ45電纜組件也很常見,只需求將電纜的一端連接到存在沖擊和振蕩狀況的機械即可。

二、四大協議

工業數據通訊發生在路由層、操控層和傳感器層-每一層都需求不同級別的實時信息傳輸、抵觸檢測和決議計劃(實質上預先確定恣意兩個節點之間的路由)。盡管有好幾種工業以太網協議能夠支撐工廠的各種通訊要求,但有四個協議值得關注——Modbus TCP/IP、EtherCat、EtherNet/IP和Profinet

Modbus TCP/IP是首個推出的工業以太網協議,它實質上是一種傳統的Modbus通訊,在以太網傳輸層協議中壓縮,用于在操控設備之間傳輸離散數據。它使用簡略的主從通訊,其中“從”節點在沒有來自“主”節點的懇求的狀況下不會發送數據,因而其不被視為真實的實時協議。

EtherCAT于2003年推出,是一種工業以太網協議,可為自動化體系供給主/從配置的實時通訊。EtherCAT的要害要素是所有聯網從機都能夠從數據包中僅提取所需的相關信息,并在向下流傳輸時將數據刺進幀中一般稱為“飛速”通訊。

以太網/IP開始于2000年推出,由開放式設備網絡供應商協會(ODVA)供給支撐。它是根據以太網規范并使用規范以太網物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層的工業以太網協議。因為其選用規范以太網交流,因而可支撐無限數量的節點。然而,要求限制距離,以防止推遲并支撐實時通訊。

另一個重要協議(很大程度上是因為嵌入至西門子和GE操控器之中)是Profinet,是西門子與Profibus用戶安排的成員公司共同開發的應用協議。它使用集成至設備中的特別交流機實質大將Profibus I/O操控器通訊擴展至以太網。


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