以太网和工业以太网之间有哪些不同?

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何谓以太网?
 
以太网最早出现于 1970 年代,之后按照 IEEE 802.3 实施了标准化。以太网是指符合 IEEE 802.3 标准的局域网 (LAN) 产品组,IEEE 802.3 是一组电气与电子工程师协会 (IEEE) 标准,用于定义有线以太网媒体访问控制的物理层和数据链路层。这些标准也说明子配置以太网网络的规则,以及各种网络元件如何彼此协作。
 
以太网支持多台计算机通过一个网络连接,没有它,现代社会采用的各种设备之间可能无法通信。以太网是一种全球化的电线电缆系统标准,这些电线电缆将多台计算机、设备、机器等通过企业的单个网络连接在一起,以便所有计算机彼此通信。以太网的雏形是一条电缆,它支持多台设备连接至同一网络。如今,以太网网络可根据需要扩展和覆盖新设备。以太网是目前全球最受欢迎、使用范围最广泛的网络技术。
 
工业以太网的工作原理
 
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图 1.工业设置中需要采用这种先进技术,以确保能够正确发送和接收特定的制造数据。以瓶子灌装厂为例,工业以太网自动化技术支持通过网络发送灌装数据,以确保按计划完成灌装。
使用以太网时,数据流被分割成更短的数据块或帧,每个都包含特定的信息,例如数据的源和目的地。要按照需求通过网络发送和接收数据,这些数据是不可或缺的。
其他与以太网技术相关的术语包括:
  • 介质在现代以太网技术中,介质是指双绞线对或光缆,以太网设备通过连接它们来提供数据传输路径。
  • 段:单个共享介质。
  • 节点:连接段的设备。
标准以太网的数据传输速度在 10 Mbps 到 100 Mbps 之间。千兆以太网是 IEEE 802.3 标准中使用的一个术语,用于表示以 1 Gbps 的速度传输的以太网网速。千兆以太网最初一般用于主干网络传输,以及高性能或高容量服务器。但随着时间发展,它逐渐受到桌面连接设备和 PC 的支持。
 
关于以太网的其他信息
 
以太网和 Wi-Fi 是两个不同的概念—以太网使用线缆来连接 计算机和设备,计算机杂志如此表述。几乎提到的所有网络或 LAN 连接都是指以太网。
 
何谓工业以太网?
 
工业以太网如同其名,指的是应用于工业配置的以太网,它们通常需要更稳定可靠的连接器、电缆,以及更高的确定性,后者最为重要。为了获得更高的确定性,工业以太网在使用以太网时,会使用专用协议。目前较受欢迎的工业以太网协议包括: PROFINET®、EtherNet/IP®、EtherCAT®、SERCOS III 以及 POWERLINK®。
 
使用工业以太网时,数据传输速率为 10 Mbps 至 1 Gbps。但是,工业以太网应用最常使用 100 Mbps 的速度。
 
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图 2.相较于办公以太网系统,工业以太网需要进行更多考量。工厂车间中的制造设备会受到不同温度、振动以及其他潜在的干扰噪声的影响。
 
工作原理
 
工业以太网协议(例如 PROFINET 和 EtherCAT) 会修改标准以太网的协议,以确保不但能正确发送和接收特定的制造数据,还能在需要执行特定操作时,准时发送和接收数据。以使用工业以太网自动化技术的瓶子灌装厂为例,它能通过网络发送灌装数据,以确保按计划完成灌装。据 Real Time Automation 公司称,瓶子装满时,会通过网络发送停止灌装命令。
 
它表示,对于办公以太网设置,这种消息就不会如此至关重要。网页丢失时,用户只需要点击刷新按钮就可以了。但是对于工厂,一个小问题就可能演变成大灾难—公司根本等不及有人找到问题,然后手动按下按钮。而工业以太网自动化网络可以检测灌装过程中的错误,并自动停止灌装流程,防止造成时间、产品和资金损失。
 
以太网和工业以太网之间的其他差别
 
Real Time Automation 公司表示,以太网一般更多地用于办公环境,而非工业环境中。办公以太网主要针对基础层次的使用,而工业以太网则可能用于多种层次,以及任务更加繁重的环境。
 
工业以太网更适合用于解决工厂噪声问题,满足工厂工艺需求,应对更加严苛的环境,甚至更好地应对工厂内的数据冲突问题。
 
工业以太网技术采用的线路和连接器也跟传统的不同。例如,Real Time Automation 公司表示,工业配置中使用的连接器并非是基本的咬合锁定类型。因为环境更加严苛,所以需要更加坚固的锁定类型。重负荷应用也经常需要使用密封式连接器。
 
此外,商用或办公以太网和工业以太网采用的线缆也不同。比起常规的以太网电缆,轻型工业电缆的护套质量可能更好。此外,正如所预期的,重负荷电缆的护套及其使用的金属也能提升品质,让它更加耐用。
 
在定义工业以太网和以太网相区分时,确定性是一个重要因素。标准以太网本身 不具有确定性,但工业环境需要确定性。它们需要在特定时间发送和接收数据包,且它们需要保证数据每一次都成功发送。这是因为在工业配置中,设备之间的数据丢失或数据延迟都会造成灾难性后果—例如,生产流程中的重大问题。公司在选择部署哪种类型的以太网时,这种实时信息传输通常会起到相当大的决定作用。公司需要评估自身的特定需求,然后确定最适合其组织使用的以太网解决方案。