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未来工业以太网的应用及发展概况

发布日期:2013-03-01 作者:网络

    2007年12月,IEC出版了IEC61158现场总线第四版国际标准,包括EPA实时以太网在内的9种类型的工业以太网进入新版标准。它标志着工业以太网技术成为与现场总线技术并列的工业自动化控制系统网络通信解决方案。由于以太网技术标准开放性好,应用广泛,使用透明、统一的通讯协议,以太网将成为工业控制领域唯一的统一通信标准。工业以太网为机器与机器之间的数据通信提供了统一的网络平台,是未来物联网的重要网络基础。工业以太网与商业以太网都符合OSI模型,但针对工业控制实时性、高可靠性的要求,工业以太网在链路层、网络层增加了不同的功能模块,在物理层增加了电磁兼容性设计,解决了通信实时性、网络安全性、抗强电磁干扰等技术问题。目前工业以太网已逐步应用于电力、交通、冶金、煤炭、石油化工等工业领域中。作为新兴产业,全球工业以太网行业目前正处于产业发展的导入期,最近十年的增长速度远高于互联网和现场总线的增长速度。


    此外,工业以太网应用还有着下面一些问题需要我们注意:


    布线问题


    和所有网络一样,电缆的优劣直接影响工业以太网的优劣。而且除了高电磁干扰(EMI),工业环境中还经常有某种等级的温度、粉尘、湿度以及其他在家庭和办公环境中不常见的影响因素。


    所以,如何选择电缆?在办公室内,商业等级的电缆,例如5类电缆,比较适合于10MB的网络,而5e类电缆适合于100MB网络。根据ANSI/TIA-1005标准所述,6类电缆或者更好的电缆可以用于工业环境中的主机或者设备连接。6类电缆能够在100米的范围内实现1GB网络,55米范围内实现10GB网络。6e类电缆可以在100米范围内实现10GB网络。


    相比于5类电缆和5e类电缆,6类电缆不易受串扰和外部EMI噪声影响。工业以太网电缆的设计能够抵御更加严酷的工业环境对电缆的物理侵蚀。在安装6类电缆时,确保RJ45接口和插座也能够达到6类等级。最好的使用方法是,短距离布线时,使用预先做好的接插电缆,并在工厂内安装连接器。长距离布线时使用插座。


    电缆、屏蔽、接地回路


    一些应用场合需要做屏蔽,但是如果屏蔽电缆安装不当,那么会适得其反。


    当超出保护套管时,屏蔽以太网电缆在EMI环境中的性能更好。良好的接地是使用屏蔽电缆的关键。一个接地参考点是关键中的关键。多个接地连接会形成接地回路,不同接地连接处电势的不同会在电缆中引入噪声。

    接地回路会给你的网络带来巨大的破坏,为了解决这个问题,只在电缆的一端使用接地RJ45接口,另一端使用绝缘的RJ45接口以消除接地回路的可能性。


    如果以太网电缆与电源电缆交叉布线,那么交叉角度颇有讲究。将并列的以太网电缆和电源电缆相隔至少8到12英寸,如果电压较高或者并列距离较长,那么这个间隔距离应该更大。如果以太网电缆在金属沟槽或者套管内走线,那么相邻的沟槽或者套管必须连接在一起以实现电气连续性。


    大体来讲,以太网电缆尽量远离能够产生EMI的设备,例如电机、电机控制设备、照明设备、带电导体等。在面板上,以太网电缆与连接器间隔至少2英寸。当电缆远离EMI干扰源时,遵循推荐的电缆弯曲半径。


    交换机VS集线器


    简单地说,工业以太网环境中不要使用集线器。集线器只不过是一个多端口的中继器。如果集线器被排除在外的话,剩下的选择就只有管理型交换机和非管理型交换机了。管理型的交换机更好,当然它的价格也比非管理型的交换机要贵。


    网络上的每一台设备都有一个独一无二的标识符,就是我们所说的MAC地址,这是交换机比集线器具有更优秀的识别能力的关键。当交换机刚刚上电的时候,它最初的表现和集线器没有区别,将所有的通讯内容都广播出去,但随着网络上的设备将信息在交换机的不同端口上传输,交换机开始监控通讯内容,识别出哪一个MAC地址与哪一个端口相关,然后在MAC地址表中做出标识。一旦交换机发现设备的MAC地址与某个特定的端口相连接,它就会监控指向那个MAC地址的信息,然后将这些信息仅仅发送给那个特定的地址。

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