今天的控制系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)，以太網(wǎng)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)和plc一樣普及。工程師們對(duì)于以太網(wǎng)的了解，往往局限于辦公自動(dòng)化商業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，可能導(dǎo)致工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中實(shí)施的簡(jiǎn)單化和商業(yè)化，不能真正理解工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的意義。下面就從十個(gè)方面簡(jiǎn)單介紹一下工業(yè)以太網(wǎng)的知識(shí)吧！
一、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
拓?fù)涫蔷W(wǎng)絡(luò)中電纜的布置。眾所周知，eia-485或can采用總線型拓?fù)?。但在工業(yè)以太網(wǎng)中，由于普遍使用集線器或交換機(jī)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型或分散星型。
二、接線
工業(yè)以太網(wǎng)使用的電纜有屏蔽雙絞線（stp）、非屏蔽雙絞線（utp）、多?；騿文９饫|。
10mbps的速率對(duì)雙絞線沒(méi)有過(guò)高的要求，而在100mbps速率下，推薦使用五類或超五類線。
光纖鏈接時(shí)需要一對(duì)，常用的多模光纖波長(zhǎng)為62.5/125μm或50/125μm。與多模光纖的內(nèi)芯相比，單模光纖的內(nèi)芯很細(xì)，只有10μm左右。通常，10mbps使用多模光纖，100mbps下，單模、多模光纖都適用。
三、接頭和連接
雙絞線接頭中rj-45較常見(jiàn)，共兩對(duì)線，一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收。在媒介相關(guān)接口（mdi）的定義中，這四個(gè)信號(hào)分別標(biāo)識(shí)為rd+，rd-，td+，td-。
一條通信鏈路由dte（數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如工作站）和dce（數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，如中繼器或交換機(jī)）組成。集線器端口標(biāo)識(shí)為mdi-x端口表明dte和dce可以使用直通電纜相連。假如是兩個(gè)dte或兩個(gè)dce相連？可以采用電纜交叉的方法或直接利用集線器提供的上連端口（電纜不要交叉）。
光纖接頭有兩種，st接頭用于10mbps或100mbps；sc接頭專用于100mbps。單模纖通常使用sc接頭。dte與dce之間的連接只需依照端口的tx、rx標(biāo)識(shí)即可。
四、工業(yè)以太網(wǎng)與普通商用以太網(wǎng)產(chǎn)品
什么是工業(yè)以太網(wǎng)？技術(shù)上，它與ieee802.3兼容，但設(shè)計(jì)和包裝兼顧工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的要求。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)者希望采用市場(chǎng)上可以找到的以太網(wǎng)芯片和媒介，兼顧考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特殊要求。首先考慮的是高溫、潮濕、震動(dòng)。第二看是否能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)。第三是電源要求。許多控制柜內(nèi)提供的電源都是低壓交流或直流。墻裝式電源裝置有時(shí)不能適應(yīng)。電磁兼容性（emc）的要求隨工業(yè)環(huán)境對(duì)emi（工業(yè)抗干擾）和esd（工業(yè)抗震）要求的不同而變化?，F(xiàn)場(chǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn)與辦公室的完全不同。有時(shí)需要的是惡劣環(huán)境的額定值。工廠里采用的可能是工業(yè)控制柜標(biāo)準(zhǔn)而樓宇系統(tǒng)采用的往往是煙霧標(biāo)準(zhǔn)。顯然低價(jià)的商用以太網(wǎng)集線器和交換機(jī)無(wú)法達(dá)到這些要求。
五、速度和距離
討論共享型以太網(wǎng)的距離，不能忽略碰撞域（collision domain）的概念。
共享型以太網(wǎng)或半雙工以太網(wǎng)的媒體訪問(wèn)是由載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)（csma/cd）確定的。在半雙工的通訊方式下，發(fā)送和接收不能同時(shí)進(jìn)行，否則數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生碰撞。站點(diǎn)發(fā)送前，首先要看是否有空閑的信道。發(fā)送時(shí)，站點(diǎn)還會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)收聽(tīng)，確保在這一時(shí)間內(nèi)沒(méi)有其它站點(diǎn)在進(jìn)行同步傳送，最終本站發(fā)送成功。反之，發(fā)生碰撞，源站點(diǎn)發(fā)送阻塞信號(hào)加強(qiáng)碰撞。競(jìng)爭(zhēng)站點(diǎn)延遲后（延遲時(shí)間由算法確定，是隨機(jī)的）重試。在這種機(jī)制下，所有站點(diǎn)和所有集線器都必須在同一碰撞域內(nèi)。對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，10mbps和100mbps是最常用的。在10mbps，全部采用雙絞線的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，與距離有關(guān)的概念有兩個(gè)，即網(wǎng)段（segment）和網(wǎng)絡(luò)范圍(network diameter)。前者指連接兩個(gè)設(shè)備（集線器、交換機(jī)或主機(jī)）的距離，后者指網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)最遠(yuǎn)端設(shè)備之間的距離。不管是10mbps或100mbps的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)段的最遠(yuǎn)距離不能超過(guò)100米?？紤]網(wǎng)絡(luò)延伸，最有用的規(guī)則就是5-4-3規(guī)則（僅僅針對(duì)10mbps中繼器）。規(guī)則的內(nèi)容如下：一個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多有五個(gè)網(wǎng)段，四個(gè)中繼器，不多于三個(gè)的混合網(wǎng)段?；旌暇W(wǎng)段指的是同軸總線網(wǎng)段（已淘汰）。由于雙絞線網(wǎng)段的最遠(yuǎn)距離是100米，最大網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)范圍）就是500米。
光纖網(wǎng)段的最遠(yuǎn)距離可達(dá)2公里，但ieee802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使用光纖，級(jí)聯(lián)數(shù)最多不能超過(guò)3個(gè)，且網(wǎng)絡(luò)末端需使用雙絞線，中間的兩個(gè)為光纖網(wǎng)段并保證每個(gè)網(wǎng)段不超過(guò)1公里。這樣，整個(gè)光纖網(wǎng)段長(zhǎng)度限制在2公里。
5-4-3規(guī)則對(duì)100mbps是不適用的。建議使用100mbps交換機(jī)。
六、集線器和交換機(jī)
中繼型集線器（集線器）
集線器是構(gòu)成以太網(wǎng)拓?fù)涞幕驹O(shè)備，為多端口設(shè)備，有四、八、十二口等，可級(jí)聯(lián)構(gòu)成分散星型拓?fù)洹?br>
集線器均符合ieee802.3中繼單元要求。這些要求包括前導(dǎo)碼生成、對(duì)稱和幅度補(bǔ)償。中繼器必須對(duì)信號(hào)再定時(shí)，這樣收發(fā)器和電纜引起的信號(hào)抖動(dòng)不會(huì)在多網(wǎng)段傳播時(shí)累積。這些設(shè)備能偵測(cè)出不完整的數(shù)據(jù)包和沖突，并產(chǎn)生一個(gè)阻塞信號(hào)相作用。它們還會(huì)自動(dòng)隔離有問(wèn)題的端口以維持網(wǎng)絡(luò)正常工作。
接口轉(zhuǎn)接器
另一系列產(chǎn)品是接口轉(zhuǎn)接器，有時(shí)稱為收發(fā)器。它們將一種媒介轉(zhuǎn)為另一種媒介。最重要的轉(zhuǎn)換是雙絞線至光纖的轉(zhuǎn)換。由于很多集線器沒(méi)有光纖端口，接口轉(zhuǎn)接器就是用來(lái)支持網(wǎng)絡(luò)中光纖的應(yīng)用的。這些設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中是透明。端口不存儲(chǔ)幀也不檢測(cè)碰撞，只是將一種媒介轉(zhuǎn)為另一端兼容的信號(hào)。
交換型集線器（交換機(jī)）
交換型集線器可以取代中繼型集線器并改善網(wǎng)絡(luò)的性能。與物理層設(shè)備－中繼型集線器不同，交換型集線器實(shí)際上是連接兩個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的網(wǎng)橋，也就是說(shuō)碰撞域在每個(gè)交換機(jī)端口進(jìn)行了終結(jié)。所以，增加了交換機(jī)就擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)地理上的范圍，級(jí)聯(lián)交換機(jī)可以大規(guī)模地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展
交換機(jī)比中繼型集線器復(fù)雜。雙絞線端口自動(dòng)與附屬端口進(jìn)行速率協(xié)商（10mbps還是100mbps）。流量控制功能也通過(guò)協(xié)商進(jìn)行。全雙工網(wǎng)段采用pause方案，半雙工網(wǎng)段通常采用backpressure方案。交換機(jī)讀取一個(gè)完整的幀并察看其源地址后就能查出所連以太網(wǎng)設(shè)備的端口位置。交換機(jī)隨即產(chǎn)生一張端口地址表格并維護(hù)表的內(nèi)容。從這時(shí)起，網(wǎng)絡(luò)通信僅限于與本次傳送有關(guān)的端口。由于同步的傳送無(wú)需任何操作即可在這些端口上實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量提高了。表的內(nèi)容會(huì)根據(jù)連接信息的變化自動(dòng)刷新。
如果某個(gè)端口收到的信息需廣播發(fā)送、群組發(fā)送或發(fā)送地址不詳，交換機(jī)會(huì)自動(dòng)把信息發(fā)至所有端口。
與中繼型集線器不同，這兒有多個(gè)碰撞域存在，每個(gè)碰撞域必須遵守上述的規(guī)則。
中繼集線器可以與交換機(jī)端口相連。如果網(wǎng)絡(luò)中都是交換機(jī)，則雙絞線網(wǎng)段保持100米，但級(jí)聯(lián)沒(méi)有限制。在使用光纖前必須先注明是半、全雙工。
中繼型集線器與交換型集線器的對(duì)比
顯然，交換機(jī)的性能比集線器提高一些，但集線器的優(yōu)點(diǎn)是，容易理解，在任何一個(gè)端口都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀觀測(cè)數(shù)據(jù)通訊。交換機(jī)則必須在某個(gè)端口實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送方能測(cè)量。作為網(wǎng)橋，交換機(jī)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)整個(gè)數(shù)據(jù)幀并引起了數(shù)據(jù)的延遲。集線器接收網(wǎng)絡(luò)信號(hào)沒(méi)有數(shù)據(jù)延遲。交換機(jī)級(jí)聯(lián)還增加延時(shí)，因此，集線器和交換機(jī)在工業(yè)以太網(wǎng)中各有各的應(yīng)用場(chǎng)合。
七、半雙工、全雙工
半雙工意味著同一媒體的發(fā)送和接收是異步進(jìn)行的。全雙工則相反，有單獨(dú)的發(fā)送和接收通路。全雙工鏈路是擴(kuò)展快速以太網(wǎng)（100mbps）的關(guān)鍵。全雙工的鏈接網(wǎng)段不能超過(guò)兩個(gè)設(shè)備，可以是網(wǎng)卡或交換機(jī)端口。注意：不是中繼型集線器端口，集線器沒(méi)有全雙工模式。這是因?yàn)榧€器是碰撞域的一部分，它會(huì)加強(qiáng)其它端口接收的碰撞。只有兩塊網(wǎng)卡時(shí)可以實(shí)施全雙工通訊，多于兩塊網(wǎng)卡時(shí)的全雙工方式，必須考慮交換機(jī)。
10base-t、10base-fl有單獨(dú)的發(fā)送和接收通路，根據(jù)網(wǎng)卡或交換機(jī)端口的復(fù)雜性，可以執(zhí)行全雙工。如果這些接口配置在半雙工方式下，接收、發(fā)送的同步偵測(cè)會(huì)觸發(fā)碰撞的偵測(cè)。同樣的接口設(shè)置成全雙工，由于全雙工并不遵從共享型csma/cd規(guī)則，碰撞檢測(cè)會(huì)被禁止。
全雙工鏈接的配置要正確。當(dāng)站點(diǎn)配置在全雙工方式下，站點(diǎn)或交換型集線器的端口以忽略csma/cd協(xié)議的方式發(fā)送幀。如果另一端設(shè)置在半雙工方式下，它會(huì)偵測(cè)出碰撞并引發(fā)其它問(wèn)題出現(xiàn)，如crc出錯(cuò)，網(wǎng)絡(luò)的速度下降，快速以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)消失。
如前所述，由于碰撞的原因，100mbps下的網(wǎng)絡(luò)范圍有所縮小。對(duì)于雙絞線網(wǎng)段和交換端口來(lái)說(shuō)，網(wǎng)段的最長(zhǎng)距離是100米（在碰撞域范圍內(nèi)）。問(wèn)題是在光纖端口上，對(duì)于多模光纖來(lái)說(shuō)，網(wǎng)段的長(zhǎng)度是2公里；對(duì)于單模光纖來(lái)說(shuō)，是15公里。半雙工方式下，受碰撞域限制，網(wǎng)段距離為412米。因此，只有在全雙工模式下（csma/ca被忽略），光纖網(wǎng)段的延伸才能達(dá)到極限。快速以太網(wǎng)方式下，推薦使用交換機(jī)技術(shù)?？焖僖蕴W(wǎng)下的光纖端口，建議使用全雙工。
八、自動(dòng)協(xié)商
隨著快速以太網(wǎng)使用廣泛、與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相似的接線規(guī)則，ieee802.3u建議自動(dòng)配置快速以太網(wǎng)，使得傳統(tǒng)以太網(wǎng)端口能與其它快速以太網(wǎng)端口工作。該配置協(xié)議基于national semi conductor’snway標(biāo)準(zhǔn)。雙絞線鏈路自動(dòng)進(jìn)行速度匹配，以利于數(shù)據(jù)通訊的進(jìn)行。該方案適用于雙絞線鏈接。光纖的情況有所不同。盡管光纖在以太網(wǎng)的發(fā)展歷史中有非常重要的地位。但兩個(gè)光纖設(shè)備的速度無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)協(xié)商，這是因?yàn)?0base-fl設(shè)備工作在850nm，100base-fx工作在1300nm。兩者無(wú)法互操作。但是，對(duì)于自動(dòng)協(xié)商協(xié)議而言，兩個(gè)光纖設(shè)備間的自協(xié)商是可行的（如果通訊沒(méi)有問(wèn)題的話）。意識(shí)到這一點(diǎn)，