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什么是工业以太网?
发布日期:2020-5-14
工业以太网因为其固有的牢靠性、高性能和互操作性,现已渗透到工厂车间,成为自动化和操控体系的选的通讯协议。近年,工业以太网的市场份额现已超过了传统的现场总线协议,后者一般需求多个独立和专有的布线设施。

为了满足工业环境需求,工业以太网实质上使用封装在以太网协议中的特别工业协议,以保证在需求履行特定操作的时刻和方位发送和接纳正确信息。让咱们来看看这些协议,研究一下工业以太网与商用以太网环境的区别。

一、电缆设备特性

关于支撑这些工业以太网的电缆设备而言,与商用以太网LAN比较,存在一些要害差异。咱们所说的工业以太网的速度远低于咱们在LAN中看到的千兆位和更高带宽需求——100 Mb/s左右是工业以太网的常见速度。这是有道理的,因为与从YouTube下载视频比较,工业网络中发送操控和自动化信息所需的带宽只是个零头。

因为工业环境要求电缆和连接有必要能够抵御各种恶劣条件(振荡、液体、灰尘、化学物质和电磁干扰———即满足MICE的环境要求),因而这些组件的结构要比工作室LAN中使用的组件更为巩固。例如,尽管所用电缆可能只需求具有5类或超5类线性能,但工业电缆一般具有更大规格(一般为22AWG)以习惯更高温度,具有屏蔽结构以防止噪音,选用多股绞合导线以完成柔韧性,以及选用聚氨酯等特别护套材料以完成耐化学性、耐油性和耐磨性。导体自身乃至能够进行涂覆处理以防止被腐蚀。上述特性使得工业以太网电缆的价格比普通LAN电缆高得多。

工业以太网中使用的连接器也需求更加牢靠。尽管专为工业环境而设计的加固型RJ45连接器选用密封以完成防尘防水,并具有耐化学性等特性,但M12连接器因为具有较小的圆形外观和12mm锁紧型螺纹而在工业以太网中得到更广泛应用,即使受到冲击和振荡,也能保持牢靠连接。此外,M12连接器一般具有更广泛的防侵入维护选项,可承受高压冲刷并且耐腐蚀。

M12连接器供给直线式和呈角度配置,可完成多种机械连接,较为常见的为4针或8针。4针支撑大多数工业以太网应用中的100 Mb/s速率,而千兆以太网要求选用8针连接器,需求全部四对线进行传输——听起来很熟悉吧?关于PoE,4针M12也只支撑Type 1 PoE,使用同一对线一起传输数据和直流电源,而Type 2及更高类型则需求8针M12。M12至RJ45电缆组件也很常见,只需求将电缆的一端连接到存在冲击和振荡状况的机械即可。

二、四大协议

工业数据通讯发生在路由层、操控层和传感器层-每一层都需求不同级别的实时信息传输、抵触检测和决议计划(实质上预先确定恣意两个节点之间的路由)。尽管有好几种工业以太网协议能够支撑工厂的各种通讯要求,但有四个协议值得关注——Modbus TCP/IP、EtherCat、EtherNet/IP和Profinet

Modbus TCP/IP是首个推出的工业以太网协议,它实质上是一种传统的Modbus通讯,在以太网传输层协议中压缩,用于在操控设备之间传输离散数据。它使用简略的主从通讯,其中“从”节点在没有来自“主”节点的恳求的状况下不会发送数据,因而其不被视为真实的实时协议。

EtherCAT于2003年推出,是一种工业以太网协议,可为自动化体系供给主/从配置的实时通讯。EtherCAT的要害要素是所有联网从机都能够从数据包中仅提取所需的相关信息,并在向下流传输时将数据刺进帧中一般称为“飞速”通讯。

以太网/IP开始于2000年推出,由开放式设备网络供应商协会(ODVA)供给支撑。它是根据以太网规范并使用规范以太网物理层、数据链路层、网络层和传输层的工业以太网协议。因为其选用规范以太网交流,因而可支撑无限数量的节点。然而,要求限制距离,以防止推迟并支撑实时通讯。

另一个重要协议(很大程度上是因为嵌入至西门子和GE操控器之中)是Profinet,是西门子与Profibus用户安排的成员公司共同开发的应用协议。它使用集成至设备中的特别交流机实质大将Profibus I/O操控器通讯扩展至以太网。


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