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賀冬

    以太網已經被普遍認為是最流行的局域網，它在工廠和過程系統中得到了廣泛的應用。盡管如此，以太網還不是一個現場總線，因為它只是一個物理和數據鏈路層的技術，沒有通用的工業應用層。但隨著各種各樣的解決方案層出不窮，工業以太網的應用逐年增加。

    科動控制公司將工業以太網定義為和電氣電子工程師學院(IEEE)中802.3系列標準相符合的一種技術。盡管最基礎的以太網技術已有二十六年之久，但它在最初的半雙工，介質共享的技術基礎之上，已被多次優化。大型商業化的運用已使該項標準成為一個高容量、高速度的網絡技術。盡管對于很多熟悉現場總線技術的工程師來說，以太網并不理想，但它確實對很多的工業應用場合比較適用。同時，它為工業網絡設計者們提供了非常簡便的和互聯網的連接，使很多事情變為可能。人們印象中的低成本和通俗性更增加了它的吸引力。工業以太網可以成為一種非常有效的網絡，但前提是人們必須知道怎么做。

    和今天的現場總線一樣，最初的以太網是作為一種總線系統形成的，每一個工作站共享一個骨干連接。這種同軸線纜的骨干連接被稱為“THICKNET”（厚網），因為其體積較大。后來， IEEE將這種物理層定為10BASE5的標準。隨后的一種總線的運用稱為“THINNET”（薄網），被定義為10BASE2。這兩種總線標準（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設備連接到一個鏈上面。如果要擴展以太網網絡，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準是10BASE-T、10BASE-FL、100BASE-TX和100BASE-FX。由于有多個可選物理層，工業以太網有時也比較讓人糊涂。安裝工業以太網時有各種各樣的注意事項，以下是最重要的幾項內容。

■ 拓撲結構

    拓撲結構指的是如何在網絡中走線。點對點的連接是一個工作站和一個集線器的接口的連接，一個集線器和另一個集線器的連接，或一個工作站和另外一個工作站的連接。大多數工業現場的用戶都比較熟悉總線型的連接即多個工作站共享一個通用的連接。EIA-485或控制器局域網(CAN) 是這些網絡的很好的例子。遺憾的是，總線拓撲結構在工業以太網中不再存在。盡管10BASE2 和10BASE5 確實是總線型的基于同軸線纜的以太網網絡，但由于它們局限于10Mbps的半雙工工作狀態，更由于它們不被包括在新興的商業樓宇的布線標準TIA/EIA-568-A 中，它們的用途在逐漸減少。 基于以上原因，工業以太網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一類的網絡，盡管其非常簡單。如果要使用工業以太網，就必須使用星型或分散星型的拓撲結構。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，暫時不考慮無線連接。根據帶寬和功能的要求，可以選擇多種以雙絞線為基礎的線纜。在較低速率的10Mbps的應用，線纜的質量常常忽略不計。但是如果網絡將來有可能升級到100Mbps，則強烈推薦人們使用5類或5e類的線纜。如果是鋪設新的線纜的話，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的使用才會有效。

■ 連接接頭和連接方法

    在雙絞線線纜中，盡管RJ-45經常被認為不夠強壯，但它仍然最受歡迎。有動向表明，符合IP67的接口逐漸受到重視，其速率可達100Mbps。為了適應需求，一種大頭安裝型的轉換適配裝置可以讓RJ-45接頭適用于IP67 的工作環境。

    雙絞線的連接需要兩對連線進行通訊。一個是發送，一個是接收。RJ45接頭上的針腳決定了介質依附界面(MDI)，標志成為RD+、RD-、TD+和TD-。這些信號是為了數據終端設備(DTE)而定義的。DTE 可以是源頭，也可以是目的地，比如一個工作站。鏈接的另一端則為數據通信設備(DCE)。DCE 的作用是使數據進行通訊。重復型集線器或交換型集線器就是DCE的很好的例子。為了通訊，發送器和接收器必須連接起來，這樣一來，通訊信號就是交叉的了。如果交叉信號在接口端就完成了，那么接口就應該是一個MDI-X接口。集線器上常做如此設置，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上聯的接口。上聯的接口是一個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。四分之一轉動的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。分開的發送和接收通道，使光纖的成對使用成為必須。就像雙絞線的連接一樣，發送端必須通過一個交叉線纜和接收端連接。在DTE和DCE的接口上，都注明TX和RX來代表發送和接收以幫助正確的線纜連接。

■ 工業以太網或COTS

    以太網推崇者們認為，低成本的商品貨架上(COTS)的設備可以在工業控制系統中使用。在某些運用中，這些運用是可行的。那么，什么是工業以太網? 科動控制公司將工業以太網定義為一種符合IEEE 802.3 系列標準的技術，但產品設計和使用安裝是根據商業和工業運用中對產品的高強度要求而定的。工廠中使用過程控制的系統，希望使用商業渠道中可以獲得的以太網芯片和介質，但這些工廠對產品的要求與辦公室對這些產品的要求是不同的。首先的問題就是環境因素，比如高溫，濕度和振動等的影響。其次要考慮的問題是如何將它們和其他在控制柜中的產品在安裝上兼容。還有一個要求就是電源，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。工業環境中對EMI和ESD有超高的電磁兼容的要求。行業安全認證的要求也和辦公室的產品不同。過程控制系統的工廠可能會要求惡劣環境的認證。有的工廠會要求產品要有工業控制柜級別的認證。而樓宇自動化系統則會要求防止煙火的認證。這些獨特的運用標準是那些低成本的辦公室級別的以太網集線器和交換機所無法滿足的。可以試想一下，如果用一個雙面膠布或子母膠布將一個辦公室級別的集線器，粘貼在百萬價值的工業設備上，會是一種什么感覺?

■ 速度和距離

    盡管IEEE的標準羅列了從1Mbps到1 000Mbps（很快會到10 000 Mbps）的速率，但10Mbps 和100Mbps 是主流。當然，大多數人認為，快的便是好的。但在共享以太網的運用中，是有得有失的。