贺冬

    以太网已经被普遍认为是最流行的局域网，它在工厂和过程系统中得到了广泛的应用。尽管如此，以太网还不是一个现场总线，因为它只是一个物理和数据链路层的技术，没有通用的工业应用层。但随着各种各样的解决方案层出不穷，工业以太网的应用逐年增加。

    科动控制公司将工业以太网定义为和电气电子工程师学院(IEEE)中802.3系列标准相符合的一种技术。尽管最基础的以太网技术已有二十六年之久，但它在最初的半双工，介质共享的技术基础之上，已被多次优化。大型商业化的运用已使该项标准成为一个高容量、高速度的网络技术。尽管对于很多熟悉现场总线技术的工程师来说，以太网并不理想，但它确实对很多的工业应用场合比较适用。同时，它为工业网络设计者们提供了非常简便的和互联网的连接，使很多事情变为可能。人们印象中的低成本和通俗性更增加了它的吸引力。工业以太网可以成为一种非常有效的网络，但前提是人们必须知道怎么做。

    和今天的现场总线一样，最初的以太网是作为一种总线系统形成的，每一个工作站共享一个骨干连接。这种同轴线缆的骨干连接被称为“THICKNET”（厚网），因为其体积较大。后来， IEEE将这种物理层定为10BASE5的标准。随后的一种总线的运用称为“THINNET”（薄网），被定义为10BASE2。这两种总线标准（在IEEE中称为混合段）不再受到热衷。如今比较受欢迎的是由双绞线或光纤组成的连接段。所谓连接段指的是两个设备连接到一个链上面。如果要扩展以太网网络，就必须使用双口或多口的集线器。目前比较受欢迎的链接标准是10BASE-T、10BASE-FL、100BASE-TX和100BASE-FX。由于有多个可选物理层，工业以太网有时也比较让人糊涂。安装工业以太网时有各种各样的注意事项，以下是最重要的几项内容。

■ 拓扑结构

    拓扑结构指的是如何在网络中走线。点对点的连接是一个工作站和一个集线器的接口的连接，一个集线器和另一个集线器的连接，或一个工作站和另外一个工作站的连接。大多数工业现场的用户都比较熟悉总线型的连接即多个工作站共享一个通用的连接。EIA-485或控制器局域网(CAN) 是这些网络的很好的例子。遗憾的是，总线拓扑结构在工业以太网中不再存在。尽管10BASE2 和10BASE5 确实是总线型的基于同轴线缆的以太网网络，但由于它们局限于10Mbps的半双工工作状态，更由于它们不被包括在新兴的商业楼宇的布线标准TIA/EIA-568-A 中，它们的用途在逐渐减少。 基于以上原因，工业以太网的布线是星式即要求连接型集线器或交换型集线器。所以，大家不要再去考虑用总线型的方法去连接传送系统一类的网络，尽管其非常简单。如果要使用工业以太网，就必须使用星型或分散星型的拓扑结构。分散星型的连接要求集线器和集线器之间的连接。

■ 布线

    既然人们不再考虑使用同轴线缆，那应该选择什么样的线缆呢?可以选择带屏蔽的双绞线(STP)，非屏蔽的双绞线(UTP)，或多模或单模光纤线缆。在此，暂时不考虑无线连接。根据带宽和功能的要求，可以选择多种以双绞线为基础的线缆。在较低速率的10Mbps的应用，线缆的质量常常忽略不计。但是如果网络将来有可能升级到100Mbps，则强烈推荐人们使用5类或5e类的线缆。如果是铺设新的线缆的话，最好就使用这两种线缆。UTP的使用比STP 要广泛的多。只有在屏蔽的RJ45端口的使用中， STP的使用才会有效。

■ 连接接头和连接方法

    在双绞线线缆中，尽管RJ-45经常被认为不够强壮，但它仍然最受欢迎。有动向表明，符合IP67的接口逐渐受到重视，其速率可达100Mbps。为了适应需求，一种大头安装型的转换适配装置可以让RJ-45接头适用于IP67 的工作环境。

    双绞线的连接需要两对连线进行通讯。一个是发送，一个是接收。RJ45接头上的针脚决定了介质依附界面(MDI)，标志成为RD+、RD-、TD+和TD-。这些信号是为了数据终端设备(DTE)而定义的。DTE 可以是源头，也可以是目的地，比如一个工作站。链接的另一端则为数据通信设备(DCE)。DCE 的作用是使数据进行通讯。重复型集线器或交换型集线器就是DCE的很好的例子。为了通讯，发送器和接收器必须连接起来，这样一来，通讯信号就是交叉的了。如果交叉信号在接口端就完成了，那么接口就应该是一个MDI-X接口。集线器上常做如此设置，这样可以用直行的线缆将DTE 和DCE连接起来。如果需要将两个DTE或DCE连接起来，就必须使用交叉型的线缆了。有些集线器还提供一个上联的接口。上联的接口是一个MDI的接口，而不是MDI-X 接口，这样可以使用直行线缆来连接多个集线器。

    光纤的使用中有两种被接受的接口方式。四分之一转动的ST接口用于10 Mbps或100Mbps，而SC接头只能用于100Mbps。单模光纤常用的是SC接头。分开的发送和接收通道，使光纤的成对使用成为必须。就像双绞线的连接一样，发送端必须通过一个交叉线缆和接收端连接。在DTE和DCE的接口上，都注明TX和RX来代表发送和接收以帮助正确的线缆连接。

■ 工业以太网或COTS

    以太网推崇者们认为，低成本的商品货架上(COTS)的设备可以在工业控制系统中使用。在某些运用中，这些运用是可行的。那么，什么是工业以太网? 科动控制公司将工业以太网定义为一种符合IEEE 802.3 系列标准的技术，但产品设计和使用安装是根据商业和工业运用中对产品的高强度要求而定的。工厂中使用过程控制的系统，希望使用商业渠道中可以获得的以太网芯片和介质，但这些工厂对产品的要求与办公室对这些产品的要求是不同的。首先的问题就是环境因素，比如高温，湿度和振动等的影响。其次要考虑的问题是如何将它们和其他在控制柜中的产品在安装上兼容。还有一个要求就是电源，从安全考虑起见，有些控制柜中只提供低压直流或交流电源，插入墙上的电源或许是行不通的。工业环境中对EMI和ESD有超高的电磁兼容的要求。行业安全认证的要求也和办公室的产品不同。过程控制系统的工厂可能会要求恶劣环境的认证。有的工厂会要求产品要有工业控制柜级别的认证。而楼宇自动化系统则会要求防止烟火的认证。这些独特的运用标准是那些低成本的办公室级别的以太网集线器和交换机所无法满足的。可以试想一下，如果用一个双面胶布或子母胶布将一个办公室级别的集线器，粘贴在百万价值的工业设备上，会是一种什么感觉?

■ 速度和距离

    尽管IEEE的标准罗列了从1Mbps到1 000Mbps（很快会到10 000 Mbps）的速率，但10Mbps 和100Mbps 是主流。当然，大多数人认为，快的便是好的。但在共享以太网的运用中，是有得有失的。