2007年12月，IEC出版了IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線第四版國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括EPA實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在內(nèi)的9種類型的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)入新版標(biāo)準(zhǔn)。它標(biāo)志著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)成為與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)并列的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信解決方案。由于以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放性好，應(yīng)用廣泛，使用透明、統(tǒng)一的通訊協(xié)議，以太網(wǎng)將成為工業(yè)控制領(lǐng)域唯一的統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)以太網(wǎng)為機(jī)器與機(jī)器之間的

數(shù)據(jù)通信提供了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的重要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)都符合OSI模型，但針對(duì)工業(yè)控制實(shí)時(shí)性、高可靠性的要求，工業(yè)以太網(wǎng)在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層增加了不同的功能模塊，在物理層增加了電磁兼容性設(shè)計(jì)，解決了通信實(shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)安全性、抗強(qiáng)電磁干擾等技術(shù)問(wèn)題。目前工業(yè)以太網(wǎng)已逐步應(yīng)用于電力、交通、冶金、煤炭、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域中。作為新興產(chǎn)業(yè)，全球工業(yè)以太網(wǎng)行業(yè)目前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的導(dǎo)入期，最近十年的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的增長(zhǎng)速度。

此外，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用還有著下面一些問(wèn)題需要我們注意：

布線問(wèn)題

和所有網(wǎng)絡(luò)一樣，電纜的優(yōu)劣直接影響工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)劣。而且除了高電磁干擾(EMI)，工業(yè)環(huán)境中還經(jīng)常有某種等級(jí)的溫度、粉塵、濕度以及其他在家庭和辦公環(huán)境中不常見(jiàn)的影響因素。

所以，如何選擇電纜？在辦公室內(nèi)，商業(yè)等級(jí)的電纜，例如5類電纜，比較適合于10MB的網(wǎng)絡(luò)，而5e類電纜適合于100MB網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)ANSI/TIA-1005標(biāo)準(zhǔn)所述，6類電纜或者更好的電纜可以用于工業(yè)環(huán)境中的主機(jī)或者設(shè)備連接。6類電纜能夠在100米的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)1GB網(wǎng)絡(luò)，55米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)10GB網(wǎng)絡(luò)。6e類電纜可以在100米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)10GB網(wǎng)絡(luò)。

相比于5類電纜和5e類電纜，6類電纜不易受串?dāng)_和外部EMI噪聲影響。工業(yè)以太網(wǎng)電纜的設(shè)計(jì)能夠抵御更加嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境對(duì)電纜的物理侵蝕。在安裝6類電纜時(shí)，確保RJ45接口和插座也能夠達(dá)到6類等級(jí)。最好的使用方法是，短距離布線時(shí)，使用預(yù)先做好的接插電纜，并在工廠內(nèi)安裝連接器。長(zhǎng)距離布線時(shí)使用插座。

電纜、屏蔽、接地回路

一些應(yīng)用場(chǎng)合需要做屏蔽，但是如果屏蔽電纜安裝不當(dāng)，那么會(huì)適得其反。

當(dāng)超出保護(hù)套管時(shí)，屏蔽以太網(wǎng)電纜在EMI環(huán)境中的性能更好。良好的接地是使用屏蔽電纜的關(guān)鍵。一個(gè)接地參考點(diǎn)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。多個(gè)接地連接會(huì)形成接地回路，不同接地連接處電勢(shì)的不同會(huì)在電纜中引入噪聲。

接地回路會(huì)給你的網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的破壞，為了解決這個(gè)問(wèn)題，只在電纜的一端使用接地RJ45接口，另一端使用絕緣的RJ45接口以消除接地回路的可能性。

如果以太網(wǎng)電纜與電源電纜交叉布線，那么交叉角度頗有講究。將并列的以太網(wǎng)電纜和電源電纜相隔至少8到12英寸，如果電壓較高或者并列距離較長(zhǎng)，那么這個(gè)間隔距離應(yīng)該更大。如果以太網(wǎng)電纜在金屬溝槽或者套管內(nèi)走線，那么相鄰的溝槽或者套管必須連接在一起以實(shí)現(xiàn)電氣連續(xù)性。

大體來(lái)講，以太網(wǎng)電纜盡量遠(yuǎn)離能夠產(chǎn)生EMI的設(shè)備，例如電機(jī)、電機(jī)控制設(shè)備、照明設(shè)備、帶電導(dǎo)體等。在面板上，以太網(wǎng)電纜與連接器間隔至少2英寸。當(dāng)電纜遠(yuǎn)離EMI干擾源時(shí)，遵循推薦的電纜彎曲半徑。

交換機(jī)VS.集線器

簡(jiǎn)單地說(shuō)，工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境中不要使用集線器。集線器只不過(guò)是一個(gè)多端口的中繼器。如果集線器被排除在外的話，剩下的選擇就只有管理型交換機(jī)和非管理型交換機(jī)了。管理型的交換機(jī)更好，當(dāng)然它的價(jià)格也比非管理型的交換機(jī)要貴。

網(wǎng)絡(luò)上的每一臺(tái)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的標(biāo)識(shí)符，就是我們所說(shuō)的MAC地址，這是交換機(jī)比集線器具有更優(yōu)秀的識(shí)別能力的關(guān)鍵。當(dāng)交換機(jī)剛剛上電的時(shí)候，它最初的表現(xiàn)和集線器沒(méi)有區(qū)別，將所有的通訊內(nèi)容都廣播出去，但隨著網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備將信息在交換機(jī)的不同端口上傳輸，交換機(jī)開(kāi)始監(jiān)控通訊內(nèi)容，識(shí)別出哪一個(gè)MAC地址與哪一個(gè)端口相關(guān)，然后在MAC地址表中做出標(biāo)識(shí)。一旦交換機(jī)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的MAC地址與某個(gè)特定的端口相連接，它就會(huì)監(jiān)控指向那個(gè)MAC地址的信息，然后將這些信息僅僅發(fā)送給那個(gè)特定的地址。

工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)有三種通訊類型。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單播通訊、一對(duì)多的組播通訊和一點(diǎn)到所有節(jié)點(diǎn)的廣播通訊。

當(dāng)交換機(jī)的MAC地址表建立完成之后，管理型交換機(jī)和非管理型交換機(jī)對(duì)單播通訊和廣播通訊的處理方式?jīng)]有什么不同。一般來(lái)說(shuō)，在100MB的帶寬下，將廣播頻度控制在每秒鐘100個(gè)廣播。對(duì)于任何網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，都會(huì)或多或少地存在廣播通訊。一個(gè)例子就是打印服務(wù)器會(huì)周期性地在網(wǎng)絡(luò)上給出廣播通知。

窺探：不僅僅是監(jiān)聽(tīng)

管理型交換機(jī)和非管理型交換機(jī)的一個(gè)主要的區(qū)別就在于它們對(duì)待組播通訊的處理方式。組播通訊通常來(lái)自于搭載在工廠過(guò)程網(wǎng)絡(luò)上的智能設(shè)備，采用面向連接的基于生產(chǎn)廠商/用戶模型的技術(shù)。這種情況下的連接僅僅是網(wǎng)絡(luò)上兩個(gè)或者多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

要想能夠接收組內(nèi)信息，設(shè)備必須加入組播通訊小組，組內(nèi)所有的成員都能夠接收到數(shù)據(jù)。如果僅僅是向小組發(fā)送數(shù)據(jù)，那么你無(wú)需成為小組成員。在生產(chǎn)廠商/用戶模型中，組播通訊的主要問(wèn)題就是隨著小組成員數(shù)量的增加，通訊信息呈指數(shù)地增長(zhǎng)。此時(shí)，就需要使用管理型的交換機(jī)了。

管理型交換機(jī)能夠打開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議(IGMP)窺探功能。它是這樣工作的，當(dāng)IGMP窺探功能打開(kāi)后，它會(huì)發(fā)出廣播通訊以判斷任何組播小組內(nèi)的成員。使用這些信息，加上已經(jīng)建好的MAC地址表，管理型交換機(jī)就能夠?qū)⒔M播通訊僅僅發(fā)送給組播小組內(nèi)的成員。非管理型的交換機(jī)對(duì)組播數(shù)據(jù)和廣播數(shù)據(jù)的處理方式一樣，都是將數(shù)據(jù)發(fā)送給每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

如果網(wǎng)絡(luò)使用了生產(chǎn)廠商/用戶技術(shù)或者使用了組播通訊，那么管理型交換機(jī)是物有所值的不二之選。

鏡像端口、故障排查

考慮使用管理型交換機(jī)還有很多其他原因，這種等級(jí)的交換機(jī)通常都提供故障日志功能，能夠控制每個(gè)端口的速度，具有冗余設(shè)置以及端口鏡像功能。這些額外能力能夠保證對(duì)網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行更加精確的控制，而且在故障排查的時(shí)候能起到非常寶貴的作用。我們知道，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)上的某些節(jié)點(diǎn)，故障是無(wú)法避免的。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)性能出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，首先就要檢查交換機(jī)，雖然對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)性能問(wèn)題來(lái)說(shuō)，交換機(jī)很少是問(wèn)題的核心。交換機(jī)是系統(tǒng)中最可能發(fā)生問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)，它的工作速率通常是其他網(wǎng)絡(luò)部件工作速率的10到50倍。

雖然總有一種很好的軟件能夠幫助你對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題進(jìn)行排查，但是大多數(shù)這種軟件僅僅能看到廣播通訊和組播通訊。這實(shí)際上很合理，因?yàn)楹芏嘈阅軉?wèn)題通常都源自不受限的組播通訊或者過(guò)多的廣播通訊。如果你出于某種原因需要檢查單播通訊，那么端口鏡像是唯一的途徑。

如果網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有組播通訊的話，那么使用非管理型的交換機(jī)也沒(méi)什么問(wèn)題。在只搭載了很少設(shè)備的小型簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)上，很多人使用非管理型的交換機(jī)。有時(shí)候也可以將這兩種類型的交換機(jī)結(jié)合使用，將一些遠(yuǎn)程設(shè)備搭載在非管理型的交換機(jī)上，統(tǒng)一向管理型的交換機(jī)反饋。對(duì)于那些節(jié)點(diǎn)數(shù)量很多的網(wǎng)絡(luò)，如果成本不是一個(gè)關(guān)鍵因素，那么還是選擇管理型的交換機(jī)吧，事后想來(lái)這確實(shí)是一個(gè)明智的選擇。

此外，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中于電力、石油天然氣、冶金等流程行業(yè)。2010年國(guó)內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)中來(lái)自這三個(gè)行業(yè)的份額達(dá)到了49%。

此外，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在軌道交通和市政行業(yè)也有較為廣泛的應(yīng)用，2010年來(lái)自這兩個(gè)行業(yè)的份額達(dá)到了34%。國(guó)內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)主要集中在上述五個(gè)行業(yè)中，其市場(chǎng)份額之和超過(guò)80%，而電力和軌道交通這兩大行業(yè)的市場(chǎng)份額之和超過(guò)60%。