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通过福禄克DSX系列网线测试仪了解工业以太网
发布时间:2021-07-08文章来源:明辰智航

我们都知道以太网是事实上的物理层通信协议,用于局域网或广域网中设备之间的数据传输。它经过多年的发展,在保持向后兼容性、可靠性和相对较低的成本的同时,提供了更高级别的性能,这也是它保持流行的原因。

 

最近你可能也听说过以太网在“商业以太网”和“工业以太网”中的应用。虽然这两种以太网仍然被认为是以太网,利用帧通过MAC地址向设备发送信息和从设备发送信息,但它们在发送和接收信息的方式以及部署的拓扑结构上并不完全相同,组件和测试注意事项。

让我们看看两者的主要区别。

 

时间决定论

标准的商用以太网本质上不是实时的,因为它使用载波感知、多址和冲突检测(CSMA/CD)。这就是允许检测网络和目的地地址(CSMA)以及设备识别其试图与另一设备(CD)同时传输信息的能力的原因。当检测到冲突时,传输停止,并在可以发送时再次传输。换句话说,任何给定的数据包到达目的地所需的时间都无法确定,这意味着它是不确定的。

 

虽然冲突检测对于有效地传输企业信息非常有用,但它确实会导致高达数百毫秒的轻微延迟。在商业企业环境中,这并不是我们真正注意到或关心的事情。但在工业环境中,即使是最轻微的延迟也是不可接受的,因为自动化和控制系统依赖于准确到达所需位置和时间的信息。这就是为什么工业环境中的设备级通信长期以来一直依赖于ProfibusModbus等协议,这些协议提供了对时间敏感的传输和确定性。

 

值得庆幸的是,ieee802.1时间敏感网络(TSN)任务组已经能够通过使用时间同步的新的优先级机制和算法来解决这个问题。这就产生了一套确定性的实时以太网标准,用于在数据链路层发送时间关键型信息,即使是最具挑战性的运动控制应用程序也是理想的。简而言之,TSN为以太网带来了工业级的要求。

潜在的拓扑变化

虽然商用以太网几乎总是配置在星形拓扑中,但工业以太网通常包括星形、环形和总线拓扑的组合,以适应各种应用。总线拓扑,在工业应用中称为多点或多段,在需要多个节点共享一个公共链路的情况下是常见的。这就是为什么新的10BASE-T1L单对以太网最多允许10个串联连接器。


此外,虽然分层星型拓扑结构是商业以太网的理想选择,但工业以太网需要更好的冗余和消除单点故障。为此,工业以太网采用了混合星环拓扑结构,通过零故障切换将生产周期的停机时间降至最低。iec62439-3中定义的高可用性无缝冗余(HSR)等新协议旨在通过同时向两个方向发送每个数据包来实现环中的零恢复时间,以便接收节点接受到达的第一个数据包而忽略第二个数据包。

更好的组件保护

正如我们在上一篇博客中强调的那样,用于工业以太网的连接器也不同,它们需要承受更严酷的机械因素、潜在的入侵、极端温度、化学品和电磁干扰。因此,我们经常看到使用M12M8锁紧螺纹连接器,因为与商用以太网RJ-45连接器相比,它们更耐用,设计更能处理持续振动。电缆也需要能够经受更严酷的环境,这就是为什么它们采用具有更高抗拉强度和耐化学性的护套材料,以及更高的股数以获得灵活性。连接器和电缆都需要满足更严格的M.I.C.E.参数,用于对工业网络中的组件进行分类,其中M是机械(弯曲、振动)、I是入口(水分)、C是气候(温度)、E是电磁(噪声)。MICE标准适用于任何工业以太网协议,包括以太网/IPProfiNETEtherCATModbus TCP等。

不同的不仅仅是电缆和连接器。以太网交换机本身也需要承受更大的温度范围、冲击、振动等,它们通常采用DIN导轨安装在工业钢外壳中。它们还需要更高的可靠性和冗余性。虽然商用级以太网交换机通常只有一个电源,但工业以太网交换机几乎总是有冗余电源。

独特的测试和故障排除

 

超过一半的工业以太网问题可以追溯到布线,更严酷的工业环境可以发挥作用,需要在测试和故障排除时改变您需要寻找的内容。例如,工业以太网电缆可能会遇到由弯曲、振动、腐蚀和温度变化引起的连续性问题。虽然连续性测试将发现开路,但发现不良连接需要测量每个导线的电阻。这可以通过使用福禄克网络的DSX系列网线测试仪系列测试直流电阻不平衡来完成™ 串联测试仪,用于检测一对导线中每根导线之间的电阻差异。如果过高,则表明连接不良。

电磁干扰(EMI)——M.I.C.E中的“E”——也会损坏工业以太网数据包。为了确定电缆是否易受电磁干扰的影响,DSX CableAnalyzer测试了TIAISO M.I.C.E.标准中涵盖的横向转换损耗(TCL)和等电平横向转换传输损耗(ELTCL)。测试时,可以在测试仪中选择M.I.C.E.标准的限制,以匹配环境的“E”级—E1用于商业办公环境,E3用于接近强电磁干扰源的环境,E2用于E1E3区域之间的电缆敷设。

当然,在测试时,您还需要确保您的测试仪具有正确的接口和测试设置。在工业部署中,通常会看到在点对点配置中使用M12型连接器端接的电缆没有交叉连接或互连,这基本上使它们只是一条长接插线。由于通道测试不包括两端插头的性能,ISO/IEC11801-3标准中增加了端到端(E2E)测试限制,可使用DSX系列网线测试仪提供的DSX M12DM12X适配器执行。常见的是,这些点对点连接的一端与M12型连接器端接,另一端与RJ45型插头端接。在本例中,一端需要一个M12适配器,另一端需要一个跳线适配器,因为这是用来测试现场端接RJ45插头性能的。

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