透過福祿克DSX系列網線測試儀瞭解工業乙太網

我們都知道乙太網是事實上的物理層通訊協議,用於區域網或廣域網中裝置之間的資料傳輸。它經過多年的發展,在保持向後相容性、可靠性和相對較低的成本的同時,提供了更高級別的效能,這也是它保持流行的原因。

最近你可能也聽說過乙太網在“商業乙太網”和“工業乙太網”中的應用。雖然這兩種乙太網仍然被認為是乙太網,利用幀透過MAC地址向裝置傳送資訊和從裝置傳送資訊,但它們在傳送和接收資訊的方式以及部署的拓撲結構上並不完全相同,元件和測試注意事項。

讓我們看看兩者的主要區別。

時間決定論

標準的商用乙太網本質上不是實時的,因為它使用載波感知、多址和衝突檢測(CSMA/CD)。這就是允許檢測網路和目的地地址(CSMA)以及裝置識別其試圖與另一裝置(CD)同時傳輸資訊的能力的原因。當檢測到衝突時,傳輸停止,並在可以傳送時再次傳輸。換句話說,任何給定的資料包到達目的地所需的時間都無法確定,這意味著它是不確定的。

透過福祿克DSX系列網線測試儀瞭解工業乙太網

雖然衝突檢測對於有效地傳輸企業資訊非常有用,但它確實會導致高達數百毫秒的輕微延遲。在商業企業環境中,這並不是我們真正注意到或關心的事情。但在工業環境中,即使是最輕微的延遲也是不可接受的,因為自動化和控制系統依賴於準確到達所需位置和時間的資訊。這就是為什麼工業環境中的裝置級通訊長期以來一直依賴於Profibus和Modbus等協議,這些協議提供了對時間敏感的傳輸和確定性。

值得慶幸的是,ieee802。1時間敏感網路(TSN)任務組已經能夠透過使用時間同步的新的優先順序機制和演算法來解決這個問題。這就產生了一套確定性的實時乙太網標準,用於在資料鏈路層傳送時間關鍵型資訊,即使是最具挑戰性的運動控制應用程式也是理想的。簡而言之,TSN為乙太網帶來了工業級的要求。

潛在的拓撲變化

雖然商用乙太網幾乎總是配置在星形拓撲中,但工業乙太網通常包括星形、環形和匯流排拓撲的組合,以適應各種應用。匯流排拓撲,在工業應用中稱為多點或多段,在需要多個節點共享一個公共鏈路的情況下是常見的。這就是為什麼新的10BASE-T1L單對乙太網最多允許10個串聯聯結器。

此外,雖然分層星型拓撲結構是商業乙太網的理想選擇,但工業乙太網需要更好的冗餘和消除單點故障。為此,工業乙太網採用了混合星環拓撲結構,透過零故障切換將生產週期的停機時間降至最低。iec62439-3中定義的高可用性無縫冗餘(HSR)等新協議旨在透過同時向兩個方向傳送每個資料包來實現環中的零恢復時間,以便接收節點接受到達的第一個資料包而忽略第二個資料包。

更好的元件保護

正如我們在上一篇部落格中強調的那樣,用於工業乙太網的聯結器也不同,它們需要承受更嚴酷的機械因素、潛在的入侵、極端溫度、化學品和電磁干擾。因此,我們經常看到使用M12和M8鎖緊螺紋聯結器,因為與商用乙太網RJ-45聯結器相比,它們更耐用,設計更能處理持續振動。電纜也需要能夠經受更嚴酷的環境,這就是為什麼它們採用具有更高抗拉強度和耐化學性的護套材料,以及更高的股數以獲得靈活性。聯結器和電纜都需要滿足更嚴格的M。I。C。E。引數,用於對工業網路中的元件進行分類,其中M是機械(彎曲、振動)、I是入口(水分)、C是氣候(溫度)、E是電磁(噪聲)。MICE標準適用於任何工業乙太網協議,包括乙太網/IP、ProfiNET、EtherCAT、Modbus TCP等。

不同的不僅僅是電纜和聯結器。乙太網交換機本身也需要承受更大的溫度範圍、衝擊、振動等,它們通常採用DIN導軌安裝在工業鋼外殼中。它們還需要更高的可靠性和冗餘性。雖然商用級乙太網交換機通常只有一個電源,但工業乙太網交換機幾乎總是有冗餘電源。

獨特的測試和故障排除

超過一半的工業乙太網問題可以追溯到佈線,更嚴酷的工業環境可以發揮作用,需要在測試和故障排除時改變您需要尋找的內容。例如,工業乙太網電纜可能會遇到由彎曲、振動、腐蝕和溫度變化引起的連續性問題。雖然連續性測試將發現開路,但發現不良連線需要測量每個導線的電阻。這可以透過使用福祿克網路的DSX系列網線測試儀系列測試直流電阻不平衡來完成 串聯測試儀,用於檢測一對導線中每根導線之間的電阻差異。如果過高,則表明連線不良。

電磁干擾(EMI)——M。I。C。E中的“E”——也會損壞工業乙太網資料包。為了確定電纜是否易受電磁干擾的影響,DSX CableAnalyzer測試了TIA和ISO M。I。C。E。標準中涵蓋的橫向轉換損耗(TCL)和等電平橫向轉換傳輸損耗(ELTCL)。測試時,可以在測試儀中選擇M。I。C。E。標準的限制,以匹配環境的“E”級—E1用於商業辦公環境,E3用於接近強電磁干擾源的環境,E2用於E1和E3區域之間的電纜敷設。

當然,在測試時,您還需要確保您的測試儀具有正確的介面和測試設定。在工業部署中,通常會看到在點對點配置中使用M12型聯結器端接的電纜沒有交叉連線或互連,這基本上使它們只是一條長接插線。由於通道測試不包括兩端插頭的效能,ISO/IEC在11801-3標準中增加了端到端(E2E)測試限制,可使用DSX系列網線測試儀提供的DSX M12D或M12X介面卡執行。常見的是,這些點對點連線的一端與M12型聯結器端接,另一端與RJ45型插頭端接。在本例中,一端需要一個M12介面卡,另一端需要一個跳線介面卡,因為這是用來測試現場端接RJ45插頭效能的。

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