您可能熟悉以太网,这是一种网络协议,允许计算机(通常在办公室、学校或商业环境中)共享文件、浏览互联网以及访问连接到网络的打印机和其他硬件。以太网因其高速数据传输、高效、简单和灵活而广泛采用,是世界上最广泛使用的网络协议。此外,它的实施成本相对较低,使得以太网成为工业环境中一种有吸引力的技术。
然而,在工业设置中使用标准以太网存在一个基本问题,即TCP/IP协议本身并不提供所需的实时性能,而物理硬件可以提供。但是,工业应用需要一种新的实时通信协议,以利用以太网物理层,同时确保设备间通信的确定性。在这种前提下,开发了工业以太网。
IEEE定义了802.3标准,以描述网络功能的物理和数据链路层。TCP/IP是在这些层之上运行的一套协议,用来通过以太网进行通信。TCP负责确保数据包无差错传送,而IP则根据IP地址路由数据包。
每个层次都构成了一个复杂的网络栈,每个层次处理不同方面的事务管理。在工业应用中,以太网基于标准硬件,但具有修改,如在某些情况下采用不同的传输方法。
实际上,工业以太网指的是一组基于标准硬件但包括专有应用程序层及Internet Protocol(IP)的技术。这使得它能够实现特定操作所需时间和地点上的正确数据接收。
与办公室中的联网设备一样,工业以太网允许工厂车间中的驱动器、PLC工作站及I/O设备内部数据访问。
为了实现基于结构上的确定性,有三种方法可供选择:第一个称为标准软件/改进型电缆-它结合了带有TCP/IP协议的标准电缆,但顶部嵌入了一些机制用于实时通讯;第二个称为开放式软件/改进型电缆-它使用新规定来控制对网络访问,并同步发送来自各节点(设备)的信息;最后第三种是开放式软件/改进型电缆,它基础于改进型硬件但用新的规则并额外互补硬件来确保准确性。
除了这些架构变更之外,不同于普通家用环境,大多数行业场景要求比家庭条件更加强大的支持设施,以及更严格地屏蔽、接地和滤波,对抗常见的问题如EMI或噪声干扰。