由于其固有的可靠性、性能和互操作性，以太网作为自动化和控制系统的首选通信协议已经渗透到工厂车间。今年，工业以太网的市场份额已经超过了传统的现场总线协议，这些协议通常需要多个独立和专有的布线设备。


为了满足工业环境的需要，工业以太网本质上使用封装在以太网协议中的特殊工业协议，以确保在需要执行特定操作的时间和地点发送和接收正确的信息。让我们看看这些协议，并检查工业以太网网络与商业以太网LAN环境的区别。

四巨头

工业通信发生在路由层、控制层和传感器层，每一层都需要不同级别的实时信息传输、碰撞检测和确定性（基本上是预先确定任意两个节点之间的路由）。虽然有几种工业以太网协议支持工厂层的各种通信需求，但有四个主要的参与者值得一提：Modbus TCP/IP、EtherCat、Ethernet/IP和Profinet

Modbus-TCP/IP是第一个引入的工业以太网协议，它本质上是一种传统的Modbus通信，压缩在以太网传输层协议中，用于在控制设备之间传输离散数据。它使用一种简单的主从式通信，在这种通信中，“从”节点在没有“主”节点的请求的情况下不会传输数据，但它不被视为实时协议。

EtherCAT于2003年推出，是一种工业以太网协议，为自动化系统提供主/从配置的实时通信。EtherCAT的关键元素是，所有联网的从设备都能够从数据包中提取所需的相关信息，并在数据传输到下游时将数据插入帧中，这通常被称为“动态”通信

以太网/IP最初于2000年发布，是一种广泛使用的应用层工业以太网协议，由开放设备供应商协会（ODVA）支持，主要由罗克韦尔自动化公司提供。它是唯一完全基于以太网标准并使用标准以太网物理层、数据链路层、网络层和传输层的工业以太网协议。因为它使用标准以太网交换，所以它可以支持无限数量的节点。但是，它需要有限的范围来避免延迟和支持实时通信。

另一个大的参与者（主要是由于嵌入了西门子和通用电气的控制器）是Profinet，这是西门子与Profibus用户组织的成员公司共同开发的一个应用协议。它实际上是使用集成到设备中的特殊交换机将Profibus I/O控制器通信扩展到以太网。

电缆设备特性

    当谈到支持这些工业以太网的电缆工厂时，与商业以太网局域网相比有一些关键的区别。首先，我们谈论的工业以太网的速度远低于我们在局域网中看到的千兆和更高的带宽需求——大约100MB/s是工业以太网中常用的速度。这是有意义的，因为在工业网络中发送控制和自动化信息所需的带宽只是从YouTube下载视频所需带宽的一小部分。

    由于工业环境需要能够经受各种恶劣条件（振动、液体、灰尘、化学品和电磁干扰）的电缆和连接，因此这些组件的结构比办公室局域网中使用的组件更加坚固。例如，虽然电缆可能只需要5类或5e类性能，但工业电缆通常具有更大的规格（通常为22AWG）以适应更高的温度、用于隔音的屏蔽结构、用于挠性的绞合导体和用于化学品的特殊护套材料，如聚胺脂，耐油和耐磨性。导体本身甚至可以涂上一层以防腐蚀。与日常局域网电缆相比，这些特性为工业以太网电缆带来了更高的价格标签。

    工业以太网中使用的连接器也需要更加强壮。虽然加固的RJ45连接器设计用于工业环境，但其具有防尘、防潮和耐化学物质等功能，M12连接器由于其较小的圆形系数和12mm的锁紧螺纹，即使在受到冲击和振动时也能保持可靠的连接，因此在工业以太网中的应用更为广泛。此外，M12连接器通常提供更广泛的入口保护选项，以承受高压冲洗和耐腐蚀。

    可用于各种机器连接的直连和角度配置，最常见的M12接头为4针或8针。4针支持大多数工业以太网应用中的100 Mb/s速率，而8针是千兆以太网所必需的，它需要所有四对传输线——听起来很熟悉吗？在PoE方面，4针M12也只能支持1型PoE，直流电源通过同一对同时传输数据，而8针M12是2型及以上所需的。M12到RJ45电缆组件也很常见，在这种情况下，电缆的一端只需连接到存在冲击和振动的机器上。

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