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賀冬

    以太網(wǎng)已經(jīng)被普遍認(rèn)為是最流行的局域網(wǎng)，它在工廠和過程系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。盡管如此，以太網(wǎng)還不是一個(gè)現(xiàn)場總線，因?yàn)樗皇且粋€(gè)物理和數(shù)據(jù)鏈路層的技術(shù)，沒有通用的工業(yè)應(yīng)用層。但隨著各種各樣的解決方案層出不窮，工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用逐年增加。

    科動(dòng)控制公司將工業(yè)以太網(wǎng)定義為和電氣電子工程師學(xué)院(IEEE)中802.3系列標(biāo)準(zhǔn)相符合的一種技術(shù)。盡管最基礎(chǔ)的以太網(wǎng)技術(shù)已有二十六年之久，但它在最初的半雙工，介質(zhì)共享的技術(shù)基礎(chǔ)之上，已被多次優(yōu)化。大型商業(yè)化的運(yùn)用已使該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)成為一個(gè)高容量、高速度的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。盡管對(duì)于很多熟悉現(xiàn)場總線技術(shù)的工程師來說，以太網(wǎng)并不理想，但它確實(shí)對(duì)很多的工業(yè)應(yīng)用場合比較適用。同時(shí)，它為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者們提供了非常簡便的和互聯(lián)網(wǎng)的連接，使很多事情變?yōu)榭赡堋Ｈ藗冇∠笾械牡统杀竞屯ㄋ仔愿黾恿怂奈?。工業(yè)以太網(wǎng)可以成為一種非常有效的網(wǎng)絡(luò)，但前提是人們必須知道怎么做。

    和今天的現(xiàn)場總線一樣，最初的以太網(wǎng)是作為一種總線系統(tǒng)形成的，每一個(gè)工作站共享一個(gè)骨干連接。這種同軸線纜的骨干連接被稱為“THICKNET”（厚網(wǎng)），因?yàn)槠潴w積較大。后來， IEEE將這種物理層定為10BASE5的標(biāo)準(zhǔn)。隨后的一種總線的運(yùn)用稱為“THINNET”（薄網(wǎng)），被定義為10BASE2。這兩種總線標(biāo)準(zhǔn)（在IEEE中稱為混合段）不再受到熱衷。如今比較受歡迎的是由雙絞線或光纖組成的連接段。所謂連接段指的是兩個(gè)設(shè)備連接到一個(gè)鏈上面。如果要擴(kuò)展以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，就必須使用雙口或多口的集線器。目前比較受歡迎的鏈接標(biāo)準(zhǔn)是10BASE-T、10BASE-FL、100BASE-TX和100BASE-FX。由于有多個(gè)可選物理層，工業(yè)以太網(wǎng)有時(shí)也比較讓人糊涂。安裝工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)有各種各樣的注意事項(xiàng)，以下是最重要的幾項(xiàng)內(nèi)容。

■ 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指的是如何在網(wǎng)絡(luò)中走線。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接是一個(gè)工作站和一個(gè)集線器的接口的連接，一個(gè)集線器和另一個(gè)集線器的連接，或一個(gè)工作站和另外一個(gè)工作站的連接。大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場的用戶都比較熟悉總線型的連接即多個(gè)工作站共享一個(gè)通用的連接。EIA-485或控制器局域網(wǎng)(CAN) 是這些網(wǎng)絡(luò)的很好的例子。遺憾的是，總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在工業(yè)以太網(wǎng)中不再存在。盡管10BASE2 和10BASE5 確實(shí)是總線型的基于同軸線纜的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，但由于它們局限于10Mbps的半雙工工作狀態(tài)，更由于它們不被包括在新興的商業(yè)樓宇的布線標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA-568-A 中，它們的用途在逐漸減少。 基于以上原因，工業(yè)以太網(wǎng)的布線是星式即要求連接型集線器或交換型集線器。所以，大家不要再去考慮用總線型的方法去連接傳送系統(tǒng)一類的網(wǎng)絡(luò)，盡管其非常簡單。如果要使用工業(yè)以太網(wǎng)，就必須使用星型或分散星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。分散星型的連接要求集線器和集線器之間的連接。

■ 布線

    既然人們不再考慮使用同軸線纜，那應(yīng)該選擇什么樣的線纜呢?可以選擇帶屏蔽的雙絞線(STP)，非屏蔽的雙絞線(UTP)，或多模或單模光纖線纜。在此，暫時(shí)不考慮無線連接。根據(jù)帶寬和功能的要求，可以選擇多種以雙絞線為基礎(chǔ)的線纜。在較低速率的10Mbps的應(yīng)用，線纜的質(zhì)量常常忽略不計(jì)。但是如果網(wǎng)絡(luò)將來有可能升級(jí)到100Mbps，則強(qiáng)烈推薦人們使用5類或5e類的線纜。如果是鋪設(shè)新的線纜的話，最好就使用這兩種線纜。UTP的使用比STP 要廣泛的多。只有在屏蔽的RJ45端口的使用中， STP的使用才會(huì)有效。

■ 連接接頭和連接方法

    在雙絞線線纜中，盡管RJ-45經(jīng)常被認(rèn)為不夠強(qiáng)壯，但它仍然最受歡迎。有動(dòng)向表明，符合IP67的接口逐漸受到重視，其速率可達(dá)100Mbps。為了適應(yīng)需求，一種大頭安裝型的轉(zhuǎn)換適配裝置可以讓RJ-45接頭適用于IP67 的工作環(huán)境。

    雙絞線的連接需要兩對(duì)連線進(jìn)行通訊。一個(gè)是發(fā)送，一個(gè)是接收。RJ45接頭上的針腳決定了介質(zhì)依附界面(MDI)，標(biāo)志成為RD+、RD-、TD+和TD-。這些信號(hào)是為了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)而定義的。DTE 可以是源頭，也可以是目的地，比如一個(gè)工作站。鏈接的另一端則為數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)。DCE 的作用是使數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊。重復(fù)型集線器或交換型集線器就是DCE的很好的例子。為了通訊，發(fā)送器和接收器必須連接起來，這樣一來，通訊信號(hào)就是交叉的了。如果交叉信號(hào)在接口端就完成了，那么接口就應(yīng)該是一個(gè)MDI-X接口。集線器上常做如此設(shè)置，這樣可以用直行的線纜將DTE 和DCE連接起來。如果需要將兩個(gè)DTE或DCE連接起來，就必須使用交叉型的線纜了。有些集線器還提供一個(gè)上聯(lián)的接口。上聯(lián)的接口是一個(gè)MDI的接口，而不是MDI-X 接口，這樣可以使用直行線纜來連接多個(gè)集線器。

    光纖的使用中有兩種被接受的接口方式。四分之一轉(zhuǎn)動(dòng)的ST接口用于10 Mbps或100Mbps，而SC接頭只能用于100Mbps。單模光纖常用的是SC接頭。分開的發(fā)送和接收通道，使光纖的成對(duì)使用成為必須。就像雙絞線的連接一樣，發(fā)送端必須通過一個(gè)交叉線纜和接收端連接。在DTE和DCE的接口上，都注明TX和RX來代表發(fā)送和接收以幫助正確的線纜連接。

■ 工業(yè)以太網(wǎng)或COTS

    以太網(wǎng)推崇者們認(rèn)為，低成本的商品貨架上(COTS)的設(shè)備可以在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用。在某些運(yùn)用中，這些運(yùn)用是可行的。那么，什么是工業(yè)以太網(wǎng)? 科動(dòng)控制公司將工業(yè)以太網(wǎng)定義為一種符合IEEE 802.3 系列標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用安裝是根據(jù)商業(yè)和工業(yè)運(yùn)用中對(duì)產(chǎn)品的高強(qiáng)度要求而定的。工廠中使用過程控制的系統(tǒng)，希望使用商業(yè)渠道中可以獲得的以太網(wǎng)芯片和介質(zhì)，但這些工廠對(duì)產(chǎn)品的要求與辦公室對(duì)這些產(chǎn)品的要求是不同的。首先的問題就是環(huán)境因素，比如高溫，濕度和振動(dòng)等的影響。其次要考慮的問題是如何將它們和其他在控制柜中的產(chǎn)品在安裝上兼容。還有一個(gè)要求就是電源，從安全考慮起見，有些控制柜中只提供低壓直流或交流電源，插入墻上的電源或許是行不通的。工業(yè)環(huán)境中對(duì)EMI和ESD有超高的電磁兼容的要求。行業(yè)安全認(rèn)證的要求也和辦公室的產(chǎn)品不同。過程控制系統(tǒng)的工廠可能會(huì)要求惡劣環(huán)境的認(rèn)證。有的工廠會(huì)要求產(chǎn)品要有工業(yè)控制柜級(jí)別的認(rèn)證。而樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)則會(huì)要求防止煙火的認(rèn)證。這些獨(dú)特的運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)是那些低成本的辦公室級(jí)別的以太網(wǎng)集線器和交換機(jī)所無法滿足的。可以試想一下，如果用一個(gè)雙面膠布或子母膠布將一個(gè)辦公室級(jí)別的集線器，粘貼在百萬價(jià)值的工業(yè)設(shè)備上，會(huì)是一種什么感覺?

■ 速度和距離

    盡管IEEE的標(biāo)準(zhǔn)羅列了從1Mbps到1 000Mbps（很快會(huì)到10 000 Mbps）的速率，但10Mbps 和100Mbps 是主流。當(dāng)然，大多數(shù)人認(rèn)為，快的便是好的。但在共享以太網(wǎng)的運(yùn)用中，是有得有失的。