以太网的工业化

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交换机、路由器、集线器、网关、连接器和其它以太网硬件已经被强化，以适应严酷的工业环境要求

业以太网硬件可以无需外壳直接使用于厂区和车间内，这意味着更短的电缆和更简单的分布式结构（而不是集中式结构），以及比商用交换机、路由器、集线器和连接器更高的可靠性。符合工业等级（NEMA 4x或者IP67及更高等级）的以太网硬件意味着设备可以在-40-85℃的极端温度下工作，即使在液体和粉尘环境下，也可以保持可靠性能长达几年，而不仅仅是几个月。

商用以太网设备难以可靠地安装和冷却，所以不能确保稳定性。除此之外，工业设计的高投入可以减少平均故障时间，组织流程中断或数据流失。这要依赖于具体应用。例如Cisco Systems Inc.公司在网络应用领域很著名，它意识到了工业环境将给硬件设备带来严峻的考验。Cisco和Honeywell以及Rockwell Automation达成了共识，后两家公司对于客户对过程和离散制造则有更好的理解。

工业包装

Opto 22 公司的高级技术顾问Tom Edwards承认，外壳的作用很重要。Edwards认为，安装主要就是“使以太网硬件适应于工业环境…大多数现有仪器如果能够对通常的冲击和摩擦作保护的话，是可以应用于工业环境的。大多数工业设备的额外花费来自于防止损坏的包装以及如何放入19英寸的货架里。”

Tyco Electronics公司的产品经理Greg Paukert说，为了确保以太网设备可以使用于工业领域，需要使用耐冲击的塑料和橡胶材料，“耐化学和水腐蚀的密封圈可以使产品的使用寿命达到10-20年。”Paukert补充道：“可以使用正向连锁系统确保内部连接完全咬合。”

AutomationDirect公司的通讯产品经理Chris Harris说，当人们提及工业等级时，会认为工业等级意味着硬件工作在最恶劣的环境中，实际上以太网的工业化有很多标准。

Harris说：“工业硬件即使在极端温度、浪涌（IEEE-472）、振动（IEC68-2-6）HE 危险区域中[UL1604，CSA C22.2/213（Class 1，Div.2）]也应该能正常运行”

图1：Lantronix Xport嵌入式网络模块为Animatics智能马达提供强有力的以太网连接

图2：Moxa的产品EDS-518A系列－工业16＋2G接口Gbit级网管型冗余以太网交换机
Moxa Technologies Inc.公司的国内产品销售经理Eddie Lee说：“设计上的差异意味着通常同等级的工业以太网交换机比办公室用的交换机强2到3倍。”Lee说，Class1,Div.2 等级的工业以太网交换机允许使用于存在易燃气体或粉尘的危险区域内，例如油气仓库、半导体车间、纸浆和造纸厂等。

Schneider Electric North America公司的自动化产品经理Richard Hutton认为，交换机暴露于危险环境的频率也会造成差异。“如果一个交换机或者电缆经常要使用，就需要更可靠的触点或设备。”

信号接口

Beckhoff Automation公司的I/O系统产品经理Skip Hansen解释道：“噪声环境可能来自于焊接、变频驱动和感应加热器。此处的交换机应该可以安装在控制柜内或者独立适用。一旦独立使用，就需要符合IP67的外壳防护等级。”

图３：Molex已经扩展了许多功能，包括商用数据传输、保护数据免受振动、
污染、电磁干扰以及温度、化学品的影响
Phoenix Contact公司美国分部的自动化产品经理Larry Komarek说其他工业电噪声来源包括螺线管、马达和运动控制器。Komarek说：“依据IEC61000-4系列标准设计的工业以太网设备比依据EN55024和50082-1设计的商用设备的抗噪声能力高2-3倍。”Tyco的Paukert说应该更多地使用铠装塑料镀金属容器，可以屏蔽至少20dB的噪声。

强化的电缆

Belden公司的工业市场部经理Frank Koditek说：“不管网络设备是分布和外露式的还是集中和内置式的，现存的商用以太网电缆和连接器强度都不够高，无法适应自动化和控制网络对信号传输性能的要求。”Koditek警告说，在工厂里网络组件和其电缆都有可能曝露与极端温度、光照、溶剂、油、潮湿和化学药剂之下。

工厂内的操作还会使他们受到过多的机械拉伸、有磨损、碾压或者切割的危险。Koditek说：“6或者5e类的电缆可以避免那些常见的失效，包括渐进的破坏、性能降低、间歇工作以及重大故障。”

连接器和网络故障

Industries公司的工业商业部总经理Ed Nabrotzky说：“几乎70%的网络故障是由电缆和连接器的机械失效引发的。它们会被震坏、磨损、不当安装甚至在被叉车碾压之后继续使用。商用电缆和塑料连接器无法承受工厂内的误用。”只有专门的材料和设计技术才能生产出适用于工业环境的高强度产品。

Rockwell Automation公司的Logix/NetLinx部市场经理Brian Oulton说：“一些现有的RJ45连接器在震动测试下表现良好，其他的则不行。很多工业以太网标准也指出IP65和IP67外壳防护等级的连接器（例如M12）也适用于工业领域。”

更严格的内部协议

除了强化的设备、电缆和连接器，车间里的应用还需在以太网物理层之上使用工业协议。

Lantronix公司的产品经理Brian Tutor说：“协议的选择要依据特定位置的自动化设备。然而工业环境中最常用的协议是Modbus TCP、EtherNet/IP和Profinet协议（Control Engineering杂志2006年12月刊对工业以太网协议的使用状况作了研究）。”以太网协议的强壮性包括：宽工作温度（- 40 到 70 ℃）、耐撞击和振动、电气隔离和符合FM Class 1, Div. 2等级要求。

Rockwell公司的Oulton建议，工业以太网协议和连接器产品应该包括适当的误差自检和诊断功能，以便在故障或中断发生的时候能够采取相应动作。Oulton说：“举个例子，很多协议包括自检和确认，以确认数据及时可靠地传送，很多I/O产品可以在通讯结束时，恢复成用户选择的状态。”

交换式以太网解决了冲突

Advantech Inc.公司的产品经理Paul Wacker说：“时下交换式以太网解决了通讯可靠性和性能上的问题。通过使用以太网交换器，网络竞争问题（称之为冲突）实际上已经解决了，以太网交换器可以智能地从以太设备向另一台设备发送信息，以确保性能。10/100 Base-TX以太网通过使用电磁耦合和微分信号处理来减少由设备和外部EMI/RFI源之间地电势差异造成的通讯干扰。如果需要进一步的防护，可以采用光缆。”