工業(yè)以太網由于其固有的可靠性、高性能和互操作性，已經滲透到工廠車間，成為自動化和控制系統(tǒng)的首選通信協(xié)議。近年，工業(yè)以太網的市場份額已經超過了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線協(xié)議，后者通常需要多個獨立和專有的布線設施。

為了滿足工業(yè)環(huán)境需要，工業(yè)以太網本質上使用封裝在以太網協(xié)議中的特殊工業(yè)協(xié)議，以確保在需要執(zhí)行特定操作的時間和位置發(fā)送和接收正確信息。讓我們來看看這些協(xié)議，研究一下工業(yè)以太網與商用以太網環(huán)境的區(qū)別。

工業(yè)數據通信發(fā)生在路由層、控制層和傳感器層——每一層都需要不同級別的實時信息傳輸、沖突檢測和決策(本質上預先確定任意兩個節(jié)點之間的路由)。雖然有好幾種工業(yè)以太網協(xié)議可以支持工廠的各種通信要求，但有四個主要協(xié)議值得關注——Modbus TCP/IP、EtherCat、EtherNet/IP和Profinet

Modbus TCP/IP是首個推出的工業(yè)以太網協(xié)議，它本質上是一種傳統(tǒng)的Modbus通信，在以太網傳輸層協(xié)議中壓縮，用于在控制設備之間傳輸離散數據。它利用簡單的主從通信，其中“從”節(jié)點在沒有來自“主”節(jié)點的請求的情況下不會發(fā)送數據，因此其不被視為真正的實時協(xié)議。

EtherCAT于2003年推出，是一種工業(yè)以太網協(xié)議，可為自動化系統(tǒng)提供主/從配置的實時通信。EtherCAT的關鍵要素是所有聯(lián)網從機都能夠從數據包中僅提取所需的相關信息，并在向下游傳輸時將數據插入幀中——通常稱為“飛速”通信。

以太網/IP最初于2000年推出，是一種主要由羅克韋爾自動化公司提供的廣泛應有的應用層工業(yè)以太網協(xié)議，由開放式設備網絡供應商協(xié)會(ODVA)提供支持。它是完全基于以太網標準并使用標準以太網物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層的工業(yè)以太網協(xié)議。由于其采用標準以太網交換，因此可支持無限數量的節(jié)點。然而，要求限制距離，以避免延遲并支持實時通信。

另一個重要協(xié)議(很大程度上是由于嵌入至西門子和GE控制器之中)是Profinet，是西門子與Profibus用戶組織的成員公司共同開發(fā)的應用協(xié)議。它利用集成至設備中的特殊交換機本質上將Profibus I/O控制器通信擴展至以太網。

對于支持這些工業(yè)以太網的電纜設備而言，與商用以太網LAN相比，存在一些關鍵差異。首先，我們所說的工業(yè)以太網的速度遠低于我們在LAN中看到的千兆位和更高帶寬需求——100 Mb/s左右是工業(yè)以太網的常見速度。這是有道理的，因為與從YouTube下載視頻相比，工業(yè)網絡中發(fā)送控制和自動化信息所需的帶寬只是個零頭。

由于工業(yè)環(huán)境要求電纜和連接必須能夠抵御各種惡劣條件(振動、液體、灰塵、化學物質和電磁干擾———即滿足MICE的環(huán)境要求)，因此這些組件的結構要比辦公室LAN中使用的組件更為堅固。例如，雖然所用電纜可能只需要具有5類或超5類線性能，但工業(yè)電纜通常具有更大規(guī)格(通常為22AWG)以適應更高溫度，具有屏蔽結構以防止噪音，采用多股絞合導線以實現(xiàn)柔韌性，以及采用聚氨酯等特殊護套材料以實現(xiàn)耐化學性、耐油性和耐磨性。導體本身甚至可以進行涂覆處理以防止被腐蝕。上述特性使得工業(yè)以太網電纜的價格比普通LAN電纜高得多。

工業(yè)以太網中使用的連接器也需要更加可靠。雖然專為工業(yè)環(huán)境而設計的加固型RJ45連接器采用密封以實現(xiàn)防塵防水，并具有耐化學性等特性，但M12連接器由于具有較小的圓形外觀和12mm鎖緊型螺紋而在工業(yè)以太網中得到更廣泛應用，即使受到沖擊和振動，也能保持可靠連接。此外，M12連接器通常具有更廣泛的防侵入保護選項，可承受高壓沖刷并且耐腐蝕。 

M12連接器提供直線式和呈角度配置，可實現(xiàn)多種機械連接，常見的為4針或8針。4針支持大多數工業(yè)以太網應用中的100 Mb/s速率，而千兆以太網要求采用8針連接器，需要全部四對線進行傳輸——聽起來很熟悉吧？對于PoE，4針M12也只支持Type 1 PoE，利用同一對線同時傳輸數據和直流電源，而Type 2及更高類型則需要8針M12。M12至RJ45電纜組件也很常見，只需要將電纜的一端連接到存在沖擊和振動情況的機械即可。 

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