工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)需要比辦公以太網(wǎng)更加穩(wěn)定可靠。

以太網(wǎng)，尤其是工業(yè)以太網(wǎng)近來(lái)已成為制造業(yè)的熱門(mén)詞匯。雖然類(lèi)似，卻各有特點(diǎn)，各有優(yōu)勢(shì)。本文將介紹以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)，并比較二者的不同。

何謂以太網(wǎng)?

以太網(wǎng)最早出現(xiàn)于 1970 年代，之后按照 IEEE 802.3 實(shí)施了標(biāo)準(zhǔn)化。以太網(wǎng)是指符合 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) (LAN) 產(chǎn)品組，IEEE 802.3 是一組電氣與電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE) 標(biāo)準(zhǔn)，用于定義有線以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。這些標(biāo)準(zhǔn)也說(shuō)明子配置以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則，以及各種網(wǎng)絡(luò)元件如何彼此協(xié)作。

以太網(wǎng)支持多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，沒(méi)有它，現(xiàn)代社會(huì)采用的各種設(shè)備之間可能無(wú)法通信。以太網(wǎng)是一種全球化的電線電纜系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這些電線電纜將多臺(tái)計(jì)算機(jī)、設(shè)備、機(jī)器等通過(guò)企業(yè)的單個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，以便所有計(jì)算機(jī)彼此通信。以太網(wǎng)的雛形是一條電纜，它支持多臺(tái)設(shè)備連接至同一網(wǎng)絡(luò)。如今，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)需要擴(kuò)展和覆蓋新設(shè)備。以太網(wǎng)是目前全球最受歡迎、使用范圍最廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3

工業(yè)以太網(wǎng)的工作原理

圖 1.工業(yè)設(shè)置中需要采用這種先進(jìn)技術(shù)，以確保能夠正確發(fā)送和接收特定的制造數(shù)據(jù)。以瓶子灌裝廠為例，工業(yè)以太網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)支持通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送灌裝數(shù)據(jù)，以確保按計(jì)劃完成灌裝。

使用以太網(wǎng)時(shí)，數(shù)據(jù)流被分割成更短的數(shù)據(jù)塊或幀，每個(gè)都包含特定的信息，例如數(shù)據(jù)的源和目的地。要按照需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是不可或缺的。

其他與以太網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的術(shù)語(yǔ)包括：

• 介質(zhì)在現(xiàn)代以太網(wǎng)技術(shù)中，介質(zhì)是指雙絞線對(duì)或光纜，以太網(wǎng)設(shè)備通過(guò)連接它們來(lái)提供數(shù)據(jù)傳輸路徑。

• 段：?jiǎn)蝹€(gè)共享介質(zhì)。

• 節(jié)點(diǎn)：連接段的設(shè)備。

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度在 10 Mbps 到 100 Mbps 之間。千兆以太網(wǎng)是 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)中使用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，用于表示以 1 Gbps 的速度傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)網(wǎng)速。千兆以太網(wǎng)最初一般用于主干網(wǎng)絡(luò)傳輸，以及高性能或高容量服務(wù)器。但隨著時(shí)間發(fā)展，它逐漸受到桌面連接設(shè)備和 PC 的支持。

關(guān)于以太網(wǎng)的其他信息

以太網(wǎng)和 Wi-Fi 是兩個(gè)不同的概念—以太網(wǎng)使用線纜來(lái)連接 計(jì)算機(jī)和設(shè)備，計(jì)算機(jī)雜志如此表述。幾乎提到的所有網(wǎng)絡(luò)或 LAN 連接都是指以太網(wǎng)。

何謂工業(yè)以太網(wǎng)?

工業(yè)以太網(wǎng)如同其名，指的是應(yīng)用于工業(yè)配置的以太網(wǎng)，它們通常需要更穩(wěn)定可靠的連接器、電纜，以及更高的確定性，后者最為重要。為了獲得更高的確定性，工業(yè)以太網(wǎng)在使用以太網(wǎng)時(shí)，會(huì)使用專(zhuān)用協(xié)議。目前較受歡迎的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議包括： PROFINET®、EtherNet/IP®、EtherCAT®、SERCOS III 以及 POWERLINK®。

使用工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率為 10 Mbps 至 1 Gbps。但是，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用最常使用 100 Mbps 的速度。

圖 2.相較于辦公以太網(wǎng)系統(tǒng)，工業(yè)以太網(wǎng)需要進(jìn)行更多考量。工廠車(chē)間中的制造設(shè)備會(huì)受到不同溫度、振動(dòng)以及其他潛在的干擾噪聲的影響。

工作原理

工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議(例如 PROFINET 和 EtherCAT) 會(huì)修改標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的協(xié)議，以確保不但能正確發(fā)送和接收特定的制造數(shù)據(jù)，還能在需要執(zhí)行特定操作時(shí)，準(zhǔn)時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。以使用工業(yè)以太網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的瓶子灌裝廠為例，它能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送灌裝數(shù)據(jù)，以確保按計(jì)劃完成灌裝。據(jù) Real Time Automation 公司稱(chēng)，瓶子裝滿時(shí)，會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送停止灌裝命令。

它表示，對(duì)于辦公以太網(wǎng)設(shè)置，這種消息就不會(huì)如此至關(guān)重要。網(wǎng)頁(yè)丟失時(shí)，用戶(hù)只需要點(diǎn)擊刷新按鈕就可以了。但是對(duì)于工廠，一個(gè)小問(wèn)題就可能演變成大災(zāi)難—公司根本等不及有人找到問(wèn)題，然后手動(dòng)按下按鈕。而工業(yè)以太網(wǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)可以檢測(cè)灌裝過(guò)程中的錯(cuò)誤，并自動(dòng)停止灌裝流程，防止造成時(shí)間、產(chǎn)品和資金損失。

以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)之間的其他差別

Real Time Automation 公司表示，以太網(wǎng)一般更多地用于辦公環(huán)境，而非工業(yè)環(huán)境中。辦公以太網(wǎng)主要針對(duì)基礎(chǔ)層次的使用，而工業(yè)以太網(wǎng)則可能用于多種層次，以及任務(wù)更加繁重的環(huán)境。

工業(yè)以太網(wǎng)更適合用于解決工廠噪聲問(wèn)題，滿足工廠工藝需求，應(yīng)對(duì)更加嚴(yán)苛的環(huán)境，甚至更好地應(yīng)對(duì)工廠內(nèi)的數(shù)據(jù)沖突問(wèn)題。

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)采用的線路和連接器也跟傳統(tǒng)的不同。例如，Real Time Automation 公司表示，工業(yè)配置中使用的連接器并非是基本的咬合鎖定類(lèi)型。因?yàn)榄h(huán)境更加嚴(yán)苛，所以需要更加堅(jiān)固的鎖定類(lèi)型。重負(fù)荷應(yīng)用也經(jīng)常需要使用密封式連接器。

此外，商用或辦公以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)采用的線纜也不同。比起常規(guī)的以太網(wǎng)電纜，輕型工業(yè)電纜的護(hù)套質(zhì)量可能更好。此外，正如所預(yù)期的，重負(fù)荷電纜的護(hù)套及其使用的金屬也能提升品質(zhì)，讓它更加耐用。

在定義工業(yè)以太網(wǎng)和以太網(wǎng)相區(qū)分時(shí)，確定性是一個(gè)重要因素。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)本身 不具有確定性，但工業(yè)環(huán)境需要確定性。它們需要在特定時(shí)間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，且它們需要保證數(shù)據(jù)每一次都成功發(fā)送。這是因?yàn)樵诠I(yè)配置中，設(shè)備之間的數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)延遲都會(huì)造成災(zāi)難性后果—例如，生產(chǎn)流程中的重大問(wèn)題。公司在選擇部署哪種類(lèi)型的以太網(wǎng)時(shí)，這種實(shí)時(shí)信息傳輸通常會(huì)起到相當(dāng)大的決定作用。公司需要評(píng)估自身的特定需求，然后確定最適合其組織使用的以太網(wǎng)解決方案。