賀冬

    以太網(wǎng)已經(jīng)被普遍認為是最流行的局域網(wǎng)，它在工廠(chǎng)和過(guò)程系統中得到了廣泛的應用。盡管如此，以太網(wǎng)還不是一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)，因為它只是一個(gè)物理和數據鏈路層的技術(shù)，沒(méi)有通用的工業(yè)應用層。但隨著(zhù)各種各樣的解決方案層出不窮，工業(yè)以太網(wǎng)的應用逐年增加。

    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系列標準相符合的一種技術(shù)。盡管最基礎的以太網(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)基礎之上，已被多次優(yōu)化。大型商業(yè)化的運用已使該項標準成為一個(gè)高容量、高速度的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。盡管對于很多熟悉現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的工程師來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng)并不理想，但它確實(shí)對很多的工業(yè)應用場(chǎng)合比較適用。同時(shí)，它為工業(yè)網(wǎng)絡(luò )設計者們提供了非常簡(jiǎn)便的和互聯(lián)網(wǎng)的連接，使很多事情變?yōu)榭赡?。人們印象中的低成本和通俗性更增加了它的吸引力。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。

    和今天的現場(chǎng)總線(xiàn)一樣，最初的以太網(wǎng)是作為一種總線(xiàn)系統形成的，每一個(gè)工作站共享一個(gè)骨干連接。這種同軸線(xiàn)纜的骨干連接被稱(chēng)為“THICKNET”（厚網(wǎng)），因為其體積較大。后來(lái)， IEEE將這種物理層定為10BASE5的標準。隨后的一種總線(xiàn)的運用稱(chēng)為“THINNET”（薄網(wǎng)），被定義為10BASE2。這兩種總線(xiàn)標準（在IEEE中稱(chēng)為混合段）不再受到熱衷。如今比較受歡迎的是由雙絞線(xiàn)或光纖組成的連接段。所謂連接段指的是兩個(gè)設備連接到一個(gè)鏈上面。如果要擴展以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，就必須使用雙口或多口的集線(xiàn)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(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，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(wǎng)絡(luò )中走線(xiàn)。點(diǎn)對點(diǎn)的連接是一個(gè)工作站和一個(gè)集線(xiàn)器的接口的連接，一個(gè)集線(xiàn)器和另一個(gè)集線(xiàn)器的連接，或一個(gè)工作站和另外一個(gè)工作站的連接。大多數工業(yè)現場(chǎng)的用戶(hù)都比較熟悉總線(xiàn)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(xiàn)拓撲結構在工業(yè)以太網(wǎng)中不再存在。盡管10BASE2 和10BASE5 確實(shí)是總線(xiàn)型的基于同軸線(xiàn)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(xiàn)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(yè)以太網(wǎng)的布線(xiàn)是星式即要求連接型集線(xiàn)器或交換型集線(xiàn)器。所以，大家不要再去考慮用總線(xiàn)型的方法去連接傳送系統一類(lèi)的網(wǎng)絡(luò )，盡管其非常簡(jiǎn)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撲結構。分散星型的連接要求集線(xiàn)器和集線(xiàn)器之間的連接。

■ 布線(xiàn)

    既然人們不再考慮使用同軸線(xiàn)纜，那應該選擇什么樣的線(xiàn)纜呢?可以選擇帶屏蔽的雙絞線(xiàn)(STP)，非屏蔽的雙絞線(xiàn)(UTP)，或多?；騿文９饫w線(xiàn)纜。在此，暫時(shí)不考慮無(wú)線(xiàn)連接。根據帶寬和功能的要求，可以選擇多種以雙絞線(xiàn)為基礎的線(xiàn)纜。在較低速率的10Mbps的應用，線(xiàn)纜的質(zhì)量常常忽略不計。但是如果網(wǎng)絡(luò )將來(lái)有可能升級到100Mbps，則強烈推薦人們使用5類(lèi)或5e類(lèi)的線(xiàn)纜。如果是鋪設新的線(xiàn)纜的話(huà)，最好就使用這兩種線(xiàn)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(xiàn)線(xiàn)纜中，盡管RJ-45經(jīng)常被認為不夠強壯，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(huán)境。

    雙絞線(xiàn)的連接需要兩對連線(xiàn)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(gè)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(jìn)行通訊。重復型集線(xiàn)器或交換型集線(xiàn)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(lái)，這樣一來(lái)，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(gè)MDI-X接口。集線(xiàn)器上常做如此設置，這樣可以用直行的線(xiàn)纜將DTE 和DCE連接起來(lái)。如果需要將兩個(gè)DTE或DCE連接起來(lái)，就必須使用交叉型的線(xiàn)纜了。有些集線(xiàn)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(xiàn)纜來(lái)連接多個(gè)集線(xiàn)器。

    光纖的使用中有兩種被接受的接口方式。四分之一轉動(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(kāi)的發(fā)送和接收通道，使光纖的成對使用成為必須。就像雙絞線(xiàn)的連接一樣，發(fā)送端必須通過(guò)一個(gè)交叉線(xiàn)纜和接收端連接。在DTE和DCE的接口上，都注明TX和RX來(lái)代表發(fā)送和接收以幫助正確的線(xiàn)纜連接。

■ 工業(yè)以太網(wǎng)或COTS

    以太網(wǎng)推崇者們認為，低成本的商品貨架上(COTS)的設備可以在工業(yè)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(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 系列標準的技術(shù)，但產(chǎn)品設計和使用安裝是根據商業(yè)和工業(yè)運用中對產(chǎn)品的高強度要求而定的。工廠(chǎng)中使用過(guò)程控制的系統，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(chǎng)對產(chǎn)品的要求與辦公室對這些產(chǎn)品的要求是不同的。首先的問(wèn)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(wèn)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(jiàn)，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EMI和ESD有超高的電磁兼容的要求。行業(yè)安全認證的要求也和辦公室的產(chǎn)品不同。過(guò)程控制系統的工廠(chǎng)可能會(huì )要求惡劣環(huán)境的認證。有的工廠(chǎng)會(huì )要求產(chǎn)品要有工業(yè)控制柜級別的認證。而樓宇自動(dòng)化系統則會(huì )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(wǎng)集線(xiàn)器和交換機所無(wú)法滿(mǎn)足的?？梢栽囅胍幌?，如果用一個(gè)雙面膠布或子母膠布將一個(gè)辦公室級別的集線(xiàn)器，粘貼在百萬(wàn)價(jià)值的工業(yè)設備上，會(huì )是一種什么感覺(jué)?

■ 速度和距離

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