自動(dòng)化是目前全球工業(yè)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，一系列自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。一個(gè)完整的自動(dòng)化生產(chǎn)線都包括PLC、系統(tǒng)控制軟件、工業(yè)機(jī)器人等，而這些組成部份都需要工業(yè)以太網(wǎng)相聯(lián)，構(gòu)成統(tǒng)一整體。工業(yè)以太網(wǎng)即一種高效的局域網(wǎng)絡(luò)，它是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)體系中的重要組成部份，不管是傳感器數(shù)據(jù)傳輸、還是生產(chǎn)設(shè)備控制等等，這些都需以太網(wǎng)來(lái)構(gòu)成基本的控制網(wǎng)絡(luò)。這也是為什么工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛的重要原因之一。如果你正在安裝或者使用一種工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，那么關(guān)于工業(yè)以太網(wǎng)布線哪些必須要了解清楚。
一、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)中電纜的布置。眾所周知，EIA-485或CAN采用總線型拓?fù)?。但在工業(yè)以太網(wǎng)中，由于普遍使用集線器或交換機(jī)，拓?fù)浣Y(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(duì)雙絞線沒(méi)有過(guò)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(shí)需要一對(duì)，常用的多模光纖波長(zhǎng)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(xì)，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(jiàn)，共兩對(duì)線，一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收。在媒介相關(guān)接口(MDI)的定義中，這四個(gè)信號(hào)分別標(biāo)識(shí)為RD+，RD-，TD+，TD-。
一條通信鏈路由DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如工作站)和DCE(數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，如中繼器或交換機(jī))組成。集線器端口標(biāo)識(shí)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(gè)DTE或兩個(gè)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(biāo)識(shí)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(shù)上，它與IEEE802.3兼容，但設(shè)計(jì)和包裝兼顧工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的要求。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)者希望采用市場(chǎng)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(chǎng)的特殊要求。首先考慮的是高溫、潮濕、震動(dòng)。第二看是否能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)不能適應(yīng)。電磁兼容性(EMC)的要求隨工業(yè)環(huán)境對(duì)EMI(工業(yè)抗干擾)和ESD(工業(yè)抗震)要求的不同而變化?，F(xiàn)場(chǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn)與辦公室的完全不同。有時(shí)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(biāo)準(zhǔn)而樓宇系統(tǒng)采用的往往是煙霧標(biāo)準(zhǔn)。顯然低價(jià)的商用以太網(wǎng)集線器和交換機(jī)無(wú)法達(dá)到這些要求。
五、速度和距離
討論共享型以太網(wǎng)的距離，不能忽略碰撞域(CollisionDomain)的概念。
共享型以太網(wǎng)或半雙工以太網(wǎng)的媒體訪問(wèn)是由載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)(CSMA/CD)確定的。在半雙工的通訊方式下，發(fā)送和接收不能同時(shí)進(jìn)行，否則數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生碰撞。站點(diǎn)發(fā)送前，首先要看是否有空閑的信道。發(fā)送時(shí)，站點(diǎn)還會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)收聽(tīng)，確保在這一時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其它站點(diǎn)在進(jìn)行同步傳送，最終本站發(fā)送成功。反之，發(fā)生碰撞，源站點(diǎn)發(fā)送阻塞信號(hào)加強(qiáng)碰撞。競(jìng)爭(zhēng)站點(diǎn)延遲后(延遲時(shí)間由算法確定，是隨機(jī)的)重試。在這種機(jī)制下CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，所有站點(diǎn)和所有集線器都必須在同一碰撞域內(nèi)。
對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，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(luò)中，與距離有關(guān)的概念有兩個(gè)，即網(wǎng)段(Segment)和網(wǎng)絡(luò)范圍(NetworkDiameter)。前者指連接兩個(gè)設(shè)備(集線器、交換機(jī)或主機(jī))的距離，后者指網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)最遠(yuǎn)端設(shè)備之間的距離。不管是10Mbps或100Mbps的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)段的最遠(yuǎn)距離不能超過(guò)100米?？紤]網(wǎng)絡(luò)延伸，最有用的規(guī)則就是5-4-3規(guī)則(僅僅針對(duì)10Mbps中繼器)。規(guī)則的內(nèi)容如下：一個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多有五個(gè)網(wǎng)段，四個(gè)中繼器，不多于三個(gè)的混合網(wǎng)段?；旌暇W(wǎng)段指的是同軸總線網(wǎng)段(已淘汰)。
由于雙絞線網(wǎng)段的最遠(yuǎn)距離是100米，最大網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)范圍)就是500米。光纖網(wǎng)段的最遠(yuǎn)距離可達(dá)2公里，但I(xiàn)EEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使用光纖，級(jí)聯(lián)數(shù)最多不能超過(guò)3個(gè)，且網(wǎng)絡(luò)末端需使用雙絞線，中間的兩個(gè)為光纖網(wǎng)段并保證每個(gè)網(wǎng)段不超過(guò)1公里。這樣，整個(gè)光纖網(wǎng)段長(zhǎng)度限制在2公里。5-4-3規(guī)則對(duì)100Mbps是不適用的。建議使用100Mbps交換機(jī)。
