工業(yè)以太網(wǎng)很早便出現(xiàn)在人們視野當中，目前，工業(yè)以太網(wǎng)的應用也較為成熟。本文中，小編將基于兩方面介紹工業(yè)以太網(wǎng)相關知識：1. EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)技術原理詳解，2.工業(yè)以太網(wǎng)交換機歷程闡述。

一、EtherCAT技術原理

EtherCAT是一種實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)，該協(xié)議可以用于過程數(shù)據(jù)的優(yōu)化傳輸。EtherCAT協(xié)議可以包括幾個EtherCAT報文，每個報文都服務于一塊邏輯過程映像區(qū)的特定內(nèi)存區(qū)域，該區(qū)域最大可達4GB字節(jié)。要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)順序不依賴于網(wǎng)絡中以太網(wǎng)端子的物理順序，可以任意編址。

作為一種實時以太網(wǎng)協(xié)議，EtherCAT從站的OSI模型可以用圖1簡單描述。在圖1中，ISO國際標準組織所定義的開放系統(tǒng)互連七層OSI模型被壓縮成了具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層的3層模型。物理層為網(wǎng)絡信號的傳輸提供了物理鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務是在特定的“時間窗”內(nèi)從以太網(wǎng)幀中提取數(shù)據(jù)并把要輸出的數(shù)據(jù)插入到以太網(wǎng)幀內(nèi)，同時對數(shù)據(jù)進行檢查校驗。如果動作在特定的時間窗內(nèi)不能完成，就會認為動作失敗。應用層的作用是處理數(shù)據(jù)鏈路層的請求，并作出適當?shù)姆磻?

EtherCAT協(xié)議本身決定了它無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復制到各個設備。它具有主從數(shù)據(jù)交換原理，需要主站和從站配合完成工作，因而，EtherCAT非常適合主從控制器之間的通訊。EtherCAT主站傳遞的以太網(wǎng)幀包含了所有的I/O從站數(shù)據(jù)，報文在I/O從站間傳遞，每個從站用極短的時間獲取數(shù)據(jù)并將要發(fā)出的數(shù)據(jù)寫入到以太網(wǎng)幀的相應位置，然后將報文傳遞給下一個從站。最后一個從站處理結束后，將報文傳遞回EtherCAT主站。

EtherCAT協(xié)議結構如圖2所示。圖2表明，由于發(fā)送和接收的以太網(wǎng)幀壓縮了大量的設備數(shù)據(jù)，EtherCAT充分利用了IO層的帶寬，采用EtherCAT協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，可用的數(shù)據(jù)傳輸速率可達90%以上，100 Mbit/s的全雙工特性完全得以利用。有資料表明其處理1000個數(shù)字量I/O只需30微秒，處理200個l6位模擬量信號只需50微秒，即取樣頻率達到20kHz。這種實時以太網(wǎng)協(xié)議非常適合要求實現(xiàn)快速控制的應用場合，可以做到真正把以太網(wǎng)應用于傳感器/執(zhí)行器級。EtherCAT協(xié)議本身決定了它幾乎支持任何拓撲類型，包括線型、樹型、星型等，并且不受限于級聯(lián)交換機或集線器的數(shù)量。

在故障診斷方面，EtherCAT通過CRC校驗，可以有效地檢測出數(shù)據(jù)傳送期間的位故障，EtherCAT通過匹配性檢查可以進行斷線檢測和故障定位。另外，EtherCAT系統(tǒng)的協(xié)議還可以對各個傳輸段分別進行品質(zhì)監(jiān)視，與錯誤計數(shù)器關聯(lián)的自動評估還可以對關鍵的網(wǎng)絡段進行精確定位。

二、工業(yè)以太網(wǎng)交換機改革歷程

工業(yè)以太網(wǎng)交換機在工業(yè)級設計一般在設計上滿足：工業(yè)寬溫設計，4級電磁兼容設計，冗余交直流電源輸入，另外PCB板一般做“三防”處理。工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境比普通環(huán)境都要惡劣，至少在震動，濕氣，溫度上都要比普通環(huán)境惡劣，普通交換機在設計上沒有抵御在工業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)的各種情況的能力，普通交換機不能長時間工作在這種惡劣環(huán)境下，經(jīng)常容易出現(xiàn)故障，更使維護成本上升，一般不建議在工業(yè)環(huán)境中使用商業(yè)交換機，為了能使交換機在這種惡劣環(huán)境中使用，故生產(chǎn)出能適應這種環(huán)境的交換機，工業(yè)級別的交換機的可靠性有電源故障，端口中斷，可由繼電器輸出報警，冗余雙直流電源輸入，主動式電路保護，過壓、欠壓自動斷路保護。

目前。國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場中，電力、軌道交通、風力發(fā)電、煤礦是工業(yè)交換機的重點應用領域，占到市場的70%。中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場活躍著大約50家廠商。中國工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場的外資廠商在15家左右，臺資廠商3-4家，本土廠商30家左右。本土廠商中以地方品牌居多。在工業(yè)以太網(wǎng)交換機的銷售中有近70%的工業(yè)以太網(wǎng)交換機是通過分銷的方式進入到市場的。通常外資企業(yè)采用分銷的方式銷售產(chǎn)品，內(nèi)資企業(yè)采用直銷的方式。

國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)的制約因素很大程度上還是因為沒有一個統(tǒng)一的通用標準，產(chǎn)品參差不齊，價格差異大，用戶選擇困難。同時，工業(yè)以太網(wǎng)技術與現(xiàn)場總線技術長期并存。這限制了工業(yè)以太網(wǎng)交換機向更廣闊的應用領域發(fā)展。正維通信近幾年通過研發(fā)人員的努力實現(xiàn)了以太網(wǎng)與總線技術的合并，WISE3000B系列產(chǎn)品很好的做到了兩者的融合。

中國未來工業(yè)以太網(wǎng)交換機將伴隨著工業(yè)自動化進程的不斷推進和工業(yè)以太網(wǎng)技術應用的不斷推廣，迎來更大的發(fā)展。從技術角度，實時通訊、穩(wěn)定性、安全性等是工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品的著眼點。隨著無線網(wǎng)絡、藍牙等網(wǎng)絡技術的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)交換機將繼續(xù)前行。從產(chǎn)品角度，多功能化是工業(yè)以太網(wǎng)交換機發(fā)展的方向。網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機比非網(wǎng)管型功能更強大。

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