由于其固有的可靠性、性能和互操作性，以太網(wǎng)作為自動化和控制系統(tǒng)的首選通信協(xié)議已經(jīng)滲透到工廠車間。今年，工業(yè)以太網(wǎng)的市場份額已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線協(xié)議，這些協(xié)議通常需要多個獨立和專有的布線設備。
為了滿足工業(yè)環(huán)境的需要，工業(yè)以太網(wǎng)本質(zhì)上使用封裝在以太網(wǎng)協(xié)議中的特殊工業(yè)協(xié)議，以確保在需要執(zhí)行特定操作的時間和地點發(fā)送和接收正確的信息。讓我們看看這些協(xié)議，并檢查工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡與商業(yè)以太網(wǎng)LAN環(huán)境的區(qū)別。
四巨頭
工業(yè)通信發(fā)生在路由層、控制層和傳感器層，每一層都需要不同級別的實時信息傳輸、碰撞檢測和確定性（基本上是預先確定任意兩個節(jié)點之間的路由）。雖然有幾種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議支持工廠層的各種通信需求，但有四個主要的參與者值得一提：Modbus TCP/IP、EtherCat、Ethernet/IP和Profinet
Modbus-TCP/IP是第一個引入的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，它本質(zhì)上是一種傳統(tǒng)的Modbus通信，壓縮在以太網(wǎng)傳輸層協(xié)議中，用于在控制設備之間傳輸離散數(shù)據(jù)。它使用一種簡單的主從式通信，在這種通信中，“從”節(jié)點在沒有“主”節(jié)點的請求的情況下不會傳輸數(shù)據(jù)，但它不被視為實時協(xié)議。
EtherCAT于2003年推出，是一種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，為自動化系統(tǒng)提供主/從配置的實時通信。EtherCAT的關鍵元素是，所有聯(lián)網(wǎng)的從設備都能夠從數(shù)據(jù)包中提取所需的相關信息，并在數(shù)據(jù)傳輸?shù)较掠螘r將數(shù)據(jù)插入幀中，這通常被稱為“動態(tài)”通信
以太網(wǎng)/IP最初于2000年發(fā)布，是一種廣泛使用的應用層工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由開放設備供應商協(xié)會（ODVA）支持，主要由羅克韋爾自動化公司提供。它是唯一完全基于以太網(wǎng)標準并使用標準以太網(wǎng)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。因為它使用標準以太網(wǎng)交換，所以它可以支持無限數(shù)量的節(jié)點。但是，它需要有限的范圍來避免延遲和支持實時通信。
另一個大的參與者（主要是由于嵌入了西門子和通用電氣的控制器）是Profinet，這是西門子與Profibus用戶組織的成員公司共同開發(fā)的一個應用協(xié)議。它實際上是使用集成到設備中的特殊交換機將Profibus I/O控制器通信擴展到以太網(wǎng)。
電纜設備特性
當談到支持這些工業(yè)以太網(wǎng)的電纜工廠時，與商業(yè)以太網(wǎng)局域網(wǎng)相比有一些關鍵的區(qū)別。首先，我們談論的工業(yè)以太網(wǎng)的速度遠低于我們在局域網(wǎng)中看到的千兆和更高的帶寬需求——大約100MB/s是工業(yè)以太網(wǎng)中常用的速度。這是有意義的，因為在工業(yè)網(wǎng)絡中發(fā)送控制和自動化信息所需的帶寬只是從YouTube下載視頻所需帶寬的一小部分。
由于工業(yè)環(huán)境需要能夠經(jīng)受各種惡劣條件（振動、液體、灰塵、化學品和電磁干擾）的電纜和連接，因此這些組件的結(jié)構(gòu)比辦公室局域網(wǎng)中使用的組件更加堅固。例如，雖然電纜可能只需要5類或5e類性能，但工業(yè)電纜通常具有更大的規(guī)格（通常為22AWG）以適應更高的溫度、用于隔音的屏蔽結(jié)構(gòu)、用于撓性的絞合導體和用于化學品的特殊護套材料，如聚胺脂，耐油和耐磨性。導體本身甚至可以涂上一層以防腐蝕。與日常局域網(wǎng)電纜相比，這些特性為工業(yè)以太網(wǎng)電纜帶來了更高的價格標簽。
工業(yè)以太網(wǎng)中使用的連接器也需要更加強壯。雖然加固的RJ45連接器設計用于工業(yè)環(huán)境，但其具有防塵、防潮和耐化學物質(zhì)等功能，M12連接器由于其較小的圓形系數(shù)和12mm的鎖緊螺紋，即使在受到?jīng)_擊和振動時也能保持可靠的連接，因此在工業(yè)以太網(wǎng)中的應用更為廣泛。此外，M12連接器通常提供更廣泛的入口保護選項，以承受高壓沖洗和耐腐蝕。
可用于各種機器連接的直連和角度配置，最常見的M12接頭為4針或8針。4針支持大多數(shù)工業(yè)以太網(wǎng)應用中的100 Mb/s速率，而8針是千兆以太網(wǎng)所必需的，它需要所有四對傳輸線——聽起來很熟悉嗎？在PoE方面，4針M12也只能支持1型PoE，直流電源通過同一對同時傳輸數(shù)據(jù)，而8針M12是2型及以上所需的。M12到RJ45電纜組件也很常見，在這種情況下，電纜的一端只需連接到存在沖擊和振動的機器上。
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