工業(yè)以太網(wǎng)在自動化產(chǎn)業(yè)基礎設施應用范圍廣泛，是電力通信和電網(wǎng)信息化不可或缺的網(wǎng)絡平臺，而工業(yè)以太網(wǎng)交換機在其中更是扮演了重要的角色，現(xiàn)在讓大家了解一下工業(yè)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和專業(yè)術語。

　　一、拓撲結(jié)構(gòu)

　　拓撲是網(wǎng)絡中電纜的布置。眾所周知，EIA-485或CAN采用總線型拓撲。但在工業(yè)以太網(wǎng)中，由于普遍使用集線器或交換機，拓撲結(jié)構(gòu)為星型或分散星型。

　　二、接線

　　工業(yè)以太網(wǎng)使用的電纜有屏蔽雙絞線(STP)、非屏蔽雙絞線(UTP)、多模或單模光纜。10Mbps的速率對雙絞線沒有過高的要求，而在100Mbps速率下，推薦使用五類或超五類線。

　　光纖鏈接時需要一對，常用的多模光纖波長為62.5/125μm或50/125μm。與多模光纖的內(nèi)芯相比，單模光纖的內(nèi)芯很細，只有10μm左右。通常，10Mbps使用多模光纖，100Mbps下，單模、多模光纖都適用。

　　三、接頭和連接

　　雙絞線接頭中RJ-45較常見，共兩對線，一對用于發(fā)送，另一對用于接收。在媒介相關接口(MDI)的定義中，這四個信號分別標識為RD+，RD-，TD+，TD-。

　　一條通信鏈路由DTE(數(shù)據(jù)終端設備，如工作站)和DCE(數(shù)據(jù)通訊設備，如中繼器或交換機)組成。集線器端口標識為MDI-X端口表明DTE和DCE可以使用直通電纜相連。假如是兩個DTE或兩個DCE相連，可以采用電纜交叉的方法或直接利用集線器提供的上連端口(電纜不要交叉)。

光纖接頭有兩種，ST接頭用于10Mbps或100Mbps;SC接頭專用于100Mbps。單模纖通常使用SC接頭。DTE與DCE之間的連接只需依照端口的TX、RX標識即可。

　　四、工業(yè)以太網(wǎng)與普通商用以太網(wǎng)產(chǎn)品

　　什么是工業(yè)以太網(wǎng)?技術上，它與IEEE802.3兼容，但設計和包裝兼顧工業(yè)和商業(yè)應用的要求。工業(yè)現(xiàn)場的設計者希望采用市場上可以找到的以太網(wǎng)芯片和媒介，兼顧考慮工業(yè)現(xiàn)場的特殊要求。首先考慮的是高溫、潮濕、震動。第二看是否能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場控制柜內(nèi)。第三是電源要求。許多控制柜內(nèi)提供的電源都是低壓交流或直流。墻裝式電源裝置有時不能適應。電磁兼容性(EMC)的要求隨工業(yè)環(huán)境對EMI(工業(yè)抗干擾)和ESD(工業(yè)抗震)要求的不同而變化。現(xiàn)場的安全標準與辦公室的完全不同。有時需要的是惡劣環(huán)境的額定值。工廠里采用的可能是工業(yè)控制柜標準而樓宇系統(tǒng)采用的往往是煙霧標準。顯然低價的商用以太網(wǎng)集線器和交換機無法達到這些要求。

　　五、速度和距離

　　對工業(yè)以太網(wǎng)來說，10Mbps和100Mbps是最常用的。在10Mbps，全部采用雙絞線的以太網(wǎng)網(wǎng)絡中，與距離有關的概念有兩個，即網(wǎng)段(Segment)和網(wǎng)絡范圍(NetworkDiameter)。前者指連接兩個設備(集線器、交換機或主機)的距離，后者指網(wǎng)絡中兩個最遠端設備之間的距離。不管是10Mbps或100Mbps的網(wǎng)絡，網(wǎng)段的最遠距離不能超過100米。考慮網(wǎng)絡延伸，最有用的規(guī)則就是5-4-3規(guī)則(僅僅針對10Mbps中繼器)。規(guī)則的內(nèi)容如下：一個網(wǎng)絡最多有五個網(wǎng)段，四個中繼器，不多于三個的混合網(wǎng)段。混合網(wǎng)段指的是同軸總線網(wǎng)段(已淘汰)。

六、集線器和交換機

　　中繼型集線器(集線器)集線器是構(gòu)成以太網(wǎng)拓撲的基本設備，為多端口設備，有四、八、十二口等，可級聯(lián)構(gòu)成分散星型拓撲。集線器均符合IEEE802.3中繼單元要求。這些要求包括前導碼生成、對稱和幅度補償。中繼器必須對信號再定時，這樣收發(fā)器和電纜引起的信號抖動不會在多網(wǎng)段傳播時累積。這些設備能偵測出不完整的數(shù)據(jù)包和沖突，并產(chǎn)生一個阻塞信號相作用。它們還會自動隔離有問題的端口以維持網(wǎng)絡正常工作。

七、半雙工、全雙工

　　半雙工意味著同一媒體的發(fā)送和接收是異步進行的。全雙工則相反，有單獨的發(fā)送和接收通路。全雙工鏈路是擴展快速以太網(wǎng)(100Mbps)的關鍵。全雙工的鏈接網(wǎng)段不能超過兩個設備，可以是網(wǎng)卡或交換機端口。注意：不是中繼型集線器端口，集線器沒有全雙工模式。這是因為集線器是碰撞域的一部分CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，它會加強其它端口接收的碰撞。只有兩塊網(wǎng)卡時可以實施全雙工通訊，多于兩塊網(wǎng)卡時的全雙工方式，必須考慮交換機。

八、自動協(xié)商

　　隨著快速以太網(wǎng)使用廣泛、與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相似的接線規(guī)則，IEEE802.3u建議自動配置快速以太網(wǎng),使得傳統(tǒng)以太網(wǎng)端口能與其它快速以太網(wǎng)端口工作。該配置協(xié)議基于NationalSemiconductor’sNWay標準。雙絞線鏈路自動進行速度匹配，以利于數(shù)據(jù)通訊的進行。

九、傳輸協(xié)議

　　最初設計并沒有涉及一個可靠的端到端的信息傳送。網(wǎng)絡互聯(lián)(兩個網(wǎng)絡互相通訊)的義務在第三層-網(wǎng)絡層。傳輸和互聯(lián)成為協(xié)議棧的一部分，TCP/IP和SPX/IPX是常用的兩個協(xié)議。這兩個協(xié)議并不能互相操作，所以以太網(wǎng)節(jié)點須使用兼容的協(xié)議。由于TCP/IP在互聯(lián)網(wǎng)的應用，它成為主要協(xié)議，在工業(yè)網(wǎng)絡也如此。實際上，TCP/IP是一組RFC定義的協(xié)議(requestforcomments)，有很多年了。除了以太網(wǎng)，TCP/IP還和別的數(shù)據(jù)鏈路技術工作，它位于物理層/數(shù)據(jù)鏈路層之上。傳輸層上，有兩個重要的協(xié)議：TCP和UDP。前者對接收的信息進行確認。兩者都很有用。在協(xié)議棧的上層，有多個有用的應用層協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)專題">工業(yè)以太網(wǎng)使用。對于用戶來說，編址是個重要的話題。IP協(xié)議負責可能位于不同網(wǎng)絡中站點間數(shù)據(jù)包的路由。每個站點有唯一的32位地址(分別表示網(wǎng)絡地址、主機地址)。地址以點分十進制四字節(jié)表示。128.8.120.5是個有效的地址但無法確定何為主機、何為網(wǎng)絡。地址分為五類，地址分為A~E類。通過觀察第一字節(jié)即可進行分類。

十、應用層協(xié)議

　　確定所用的接頭、電纜，采用集線器還是交換機，分配了IP，就可以在站點間通訊了。現(xiàn)在需要考慮OSI高層的兼容性。這兒推薦的工業(yè)自動化協(xié)議有Ethernet/IP、iDA、PROFInet和Modbus/TCP。這還不包括傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應用-FTP、SNMP、SMTP和TELNET。用戶手中的設備可能并不支持這些協(xié)議，所以需要理解自身系統(tǒng)的兼容性。