以太網與工業以太網的區別 以太網和工業以太網

　　以太網產生延遲的主要緣由是衝突，其緣由是它利用了CSMA/CD技術。在傳統的共享網絡中，因爲以太網中因此的站點，採用相同的物理介質相連，這就意味着2臺設備同時發出信號時，就會出現信號見的互相沖突。爲了解決這個問題，以太網規定，在一個站點訪問介質前，必須先監聽網絡上有沒有其餘站點在同時使用該介質。若是有則必須等待，此時就發生了衝突。爲了減小衝突發生的概率，以太網常採用1-持續CSMA，非持續CSMA，P-持續CSMA的算法2。

　　因爲以太網是以辦公自動化爲目標設計的，並不徹底符合工業環境和標準的要求，將傳統的以太網用於工業領域還存在着明顯的缺陷。但其成本比工業網絡低，技術透明度高，特別是它遵循IEEE802.3協議爲各現場總線廠商大開了方便之門。

　　以太網的缺陷

　　一、肯定性

　　因爲以太網的MAC層協議是CSMA/CD，該協議是的網絡上存在衝突。對於一個工業網絡，若是存在着大量的衝突，就必須屢次重發數據，使得網絡間通訊的不肯定性大大增長，帶來系統控制性能的下降。

　　二、實時性

　　在工業控制系統中，在一個事件發生以後，系統必須在一個能夠準確預見的時間範圍內做出反應。而工業上對數據傳輸的實時性要求很是高，數據的更新是在數十毫秒完成。而以太網的CSMA/CD機制，當發生衝突時重發數據，能夠嘗試16次，這種解決衝突的機制是以付出時間爲代價的。

　　而設備的掉線，可能會形成重大的設備或者人身安全事故。

　　三、可靠性

　　以太網是爲商業設計的，但應用到工業現場，面對惡劣的工況、嚴重的線間干擾，必然下降其可靠性。因此工業網絡要求具備高的可靠性，可恢復性以及可維護性。

　　工業以太網的解決機制

　　一、交換技術

　　將共享的局域網進行有效的衝突域劃分機制。各個領域之間用交換機鏈接，減小衝突問題和錯誤傳輸。這樣能夠儘可能避免衝突的發生，提升系統的肯定性。

　　二、高速以太網

　　衝突的發生與負載有關，負載越大，發生衝突的機率越大。提升以太網的通信速度，能夠有想下降網絡的負荷。

　　三、IEEE1588對時機制

　　IEEE1588定義了一個在測量和控制網絡中，與網絡交流、本地計算和分配對象有關的精確同步時鐘的協議(PTP)。此協議並非排外的，可是特別適合於基於以太網的技術，精度可達微秒範圍。它使用時間印章來同步本地時間的機制。即便在網絡通訊時同步控制信號產生必定的波動時，它所達到的精度仍可知足要求。這使得它尤爲適用於基於以太網的系統。經過採用這種技術，以太網TCP/IP協議不須要大的改動就能夠運行於高精度的網絡控制系統之中。在區域總線中它所達到的精度遠遠超過了現有各類系統。此外，在企業的各層次中使用基於以太網TCP/IP協議的網絡技術有着巨大的優點。

 

以太網和工業以太網

OSI參考模型中的數據鏈路層定義了經過通訊媒介互聯的設備之間傳輸的規範，數據鏈路的傳輸方式有以太網、WLAN（無線局域網如Wifi/藍牙/3G/4G/WiMAx/ZigBee等）、PPP（點對點）、ATM、FDDI、光纖通道、HDMI等，而互聯網能夠簡單理解爲數據鏈路的集合，即以太網、WLAN（無線局域網）、PPP（點對點）、ATM、FDDI、光纖通道、HDMI的集合。

須要指出，通常以太網規範除了設計到數據鏈路層，還涉及到物理層，即物理接口形態。常見的以太網通信電纜有同軸電纜、雙絞線等，各類電纜支持的傳輸速度也不同，線纜的終端通常壓制成水晶頭的形態。

前面提到數據鏈路層定義了經過通訊媒介互聯的設備之間傳輸的規範，所以就涉及到通信拓撲結構：總線型、環形、星形、混合型。從通信介質的使用方法看，網絡可分爲共享介質型和非共享介質型。共享介質型網絡指由多個設備共享一個通訊介質的一種網絡，在這種方式下，設備間使用同一個載波信道進行發送和接受，爲此基本上採用半雙工通訊，通常總線型、環形爲共享介質型。數據鏈路層的傳輸規範還包括MAC地址轉發，環路檢測技術等，讀者只需知道數據鏈路層包括介質訪問控制層以及邏輯鏈路控制層便可。

共享型介質網絡有兩種介質訪問控制方式：爭取方式和令牌傳遞方式。爭取方式一般令網絡中各個站採用先到先得的方式佔用信道發送數據，若是多個站同時發送數據幀，則會產生衝突現象，固然有響應的處理機制（如CSMA/CD）來保證一旦衝突發生時會釋放信道。令牌傳遞方式是沿着令牌環發送一種叫作「令牌」的特殊報文，是控制傳輸的一種方式，只有獲取令牌的站才能發送數據。這種方式有兩個特色：一是不會產生衝突，而是每一個站都有經過平等循環得到令牌的機會。

以太網連接形式有采用同一根同軸電纜的共享介質性總線鏈接方式(須要作衝突檢查），也有采用獨佔電纜的方式實現以太網通信（不須要衝突檢查）。以太網通信的特色是結構簡單、成本低廉、傳輸速率高（10Mbps,100Mbps,1Gbps到10Gbps）

 現場總線通常只涉及物理層，數據鏈路層和網絡層，如CAN總線，EtherCAT總線。固然對於特定的用途，還在簡單的現場總線上衍生了更高層次的總線協議，如CANOpen協議，EtherCAT Cos（403協議）等。

• 工業以太網與普通以太網不同，是在以太網基礎上衍生出來的一種，與普通以太網區別在兩點：

1.工業以太網的實時性更高（或者說介質訪問控制層以及邏輯鏈路控制層設計得更合理，保證網絡的利用率更高）

2.抗干擾能力更強

簡單說，工業以太網是現場總線，而以太網不是（或不多用在現場總線）！

• 關於Ethernet 和EtherCAT：

Ethernet是以太網，EtherCAT是實時以太網，後者對前者作了一些改造。

EtherCat是實時總線。
對實時性要求略低能夠用profibus profinet cclink之類
再低能夠用普通的以太網
對應的層次舉例：
實時要求高：傳感器的控制器，運動控制器和伺服驅動
通常：PLC到機器人控制器
低： MES到上位機

•  從OSI網絡模型的角度來看同，現場總線網絡通常只實現了第1層(物理層)、第2層(數據鏈路層)、第7層(應用層)。由於現場總線一般只包括一個網段，所以不須要第3層(傳輸層)和第4層(網絡層)，也不須要第5層(會話層)第6層(描述層)的做用。

 並列關係是：工業以太網、EtherCAT、Modbus、Profibus、CCLink、CAN、DeviceNet、ControlNet、HART等

• 關於串行、並行、總線，能夠參考以下解釋：

做者：Eric Leo
連接：https://www.zhihu.com/question/26723720/answer/33980357
來源：知乎
著做權歸做者全部，轉載請聯繫做者得到受權。

串行總線和並行總線，屬於計算機領域的一個通訊的概念。

串行，簡而言之，通常通訊的雙方經過兩根線就能夠實現數據的收發，像咱們電腦中用的RS232等就是標準的串行總線，如今的USB也用的是串行，這種因爲數據是串行的，由於一次只能發送一位。

並行，是相對於串行來說，數據傳輸有多根線，由於一次就能發送多位。

那麼問題來了，串行和並行哪一個更快呢？

也許你會以爲並行一次能夠傳多位，確定比串行快。那麼你就錯了，總線傳輸的速率，不只取決於一次能發送多少位，並且還取決於你發送一次所用的速度。而並行總線，牽涉到多個數據線的數據同步問題，通常速率很難提升，且總線越長，越易受到干擾。而串行總線則沒有這個問題，所以像如今的USB接口的速度能夠作到很快。

也許你會問，串行總線和並行總線，在DCS中主要用在什麼地方。答案就是你說的DPU與IO模件之間的通訊，通常就是經過串行或並行的總線來進行通訊的。

然而隨着技術的進步，現場總線技術的提出，在傳統的串行和並行的基礎上，國際上的一些大牌工控企業，提出了幾個現場總線協議，如西門子的profibus等等。而關於現場總線，有些在物理層，用的也是傳統的串行和並行總線，而區別在於傳輸層與網絡層，相比於傳統的Modbus具備更加豐富的功能。固然，如今的現場總線，更具優點的就是摒棄這種總線的物理鏈接，而直接採用以太網鏈接，即咱們所說的網線鏈接。而你所講的工業以太網，就是這樣的一種鏈接形式。

由於如今PC上位機與DCS間通常都是採用工業以太網鏈接的，而如此DCS與IO模件也採用這種鏈接，就至關於全系統都採起了工業以太網。

 

首先是總線能夠理解爲鏈接設備用於通信的線。在這條線上的通信使用的不一樣的通信協議例如 profibus DP （站號來保證總線上各個設備的區分） modbus rtu （站號來保證總線上各個設備的區分） 。直觀點就是用線把全部設備都串起來了。

串行和並行是發送數據的不一樣方式。串行是一個個發，並行是多個一塊兒發。

現場總線簡單點能夠這麼理解，之前只是控制器和模塊在總線上，如今好了連現場的儀表均可以連在總線上了。不須要現場的儀表先把測量值變成4-20ma或者0-10v的信號，不須要模擬量採集卡件，直接能夠經過總線像讀取現場儀表的信息（包括測量值、量程範圍等等在內的不少）。現場總線常見的有CAN 和 HART 。

工業以太網這個就是以太網，就是網線（物理介質）。只是和咱們上網用的協議不同而已（介質訪問控制層以及邏輯鏈路控制層）。不過能夠理解爲和咱們經常使用的以太網是同樣的。都是要搭建網絡設置IP地址的。

做者：蕭任風
連接：https://www.zhihu.com/question/26723720/answer/34132412
來源：知乎
著做權歸做者全部，轉載請聯繫做者得到受權。

 

注：半雙工是指某一時刻只能進行發或收的通訊方式，全雙工是指在某一時刻能夠同時進行發送和接收的通訊方式

 

 

 

以太網，尤爲是工業以太網近來已成爲製造業的熱門詞彙。雖然相似，卻各有特色，各有優點。本文將介紹以太網和工業以太網，並比較兩者的不一樣。

何謂以太網？

 

以太網最先出現於1970年代，以後按照IEEE 802.3實施了標準化。以太網是指符合IEEE 802.3標準的局域網(LAN)產品組，IEEE 802.3是一組電氣與電子工程師協會(IEEE)標準，用於定義有線以太網媒體訪問控制的物理層和數據鏈路層。這些標準也說明子配置以太網網絡的規則，以及各類網絡元件如何彼此協做。以太網支持多臺計算機經過一個網絡鏈接，沒有它，現代社會採用的各類設備之間可能沒法通訊。以太網是一種全球化的電線電纜系統標準，這些電線電纜將多臺計算機、設備、機器等經過企業的單個網絡鏈接在一塊兒，以便全部計算機彼此通訊。以太網的雛形是一條電纜，它支持多臺設備鏈接至同一網絡。現在，以太網網絡可根據須要擴展和覆蓋新設備。以太網是目前全球最受歡迎、使用範圍最普遍的網絡技術。

 

工業以太網的工做原理

 

 

圖1.工業設置中須要採用這種先進技術，以確保可以正確發送和接收特定的製造數據。以瓶子灌裝廠爲例，工業以太網自動化技術支持經過網絡發送灌裝數據，以確保按計劃完成灌裝。

 

使用以太網時，數據流被分割成更短的數據塊或幀，每一個都包含特定的信息，例如數據的源和目的地。要按照需求經過網絡發送和接收數據，這些數據是不可或缺的。

 

其餘與以太網技術相關的術語包括：

 

• 介質在現代以太網技術中，介質是指雙絞線對或光纜，以太網設備經過鏈接它們來提供數據傳輸路徑。

• 段：單個共享介質。

• 節點：鏈接段的設備。

 

標準以太網的數據傳輸速度在10 Mbps到100 Mbps之間。千兆以太網是IEEE 802.3標準中使用的一個術語，用於表示以1 Gbps的速度傳輸的以太網網速。千兆以太網最初通常用於主幹網絡傳輸，以及高性能或高容量服務器。但隨着時間發展，它逐漸受到桌面鏈接設備和PC的支持。

關於以太網的其餘信息

以太網和Wi-Fi是兩個不一樣的概念—以太網使用線纜來鏈接 計算機和設備，計算機雜誌如此表述。4 幾乎提到的全部網絡或LAN鏈接都是指以太網。

 

何謂工業以太網？

工業以太網如同其名，指的是應用於工業配置的以太網，它們一般須要更穩定可靠的鏈接器、電纜，以及更高的肯定性，後者最爲重要。爲了得到更高的肯定性，工業以太網在使用以太網時，會使用專用協議。目前較受歡迎的工業以太網協議包括：PROFINET®、EtherNet/IP®、EtherCAT®、SERCOS III以及POWERLINK®。

使用工業以太網時，數據傳輸速率爲10 Mbps至 1 Gbps。5可是，工業以太網應用最常使用100 Mbps的速度。

 

圖2.相較於辦公以太網系統，工業以太網須要進行更多考量。工廠車間中的製造設備會受到不一樣溫度、振動以及其餘潛在的干擾噪聲的影響。

工做原理

 

工業以太網協議（例如PROFINET和EtherCAT）會修改標準以太網的協議，以確保不但能正確發送和接收特定的製造數據，還能在須要執行特定操做時，準時發送和接收數據。以使用工業以太網自動化技術的瓶子灌裝廠爲例，它能經過網絡發送灌裝數據，以確保按計劃完成灌裝。據Real Time Automation公司稱，瓶子裝滿時，會經過網絡發送中止灌裝命令。

 

它表示，對於辦公以太網設置，這種消息就不會如此相當重要。網頁丟失時，用戶只須要點擊刷新按鈕就能夠了。可是對於工廠，一個小問題就可能演變成大災難—公司根本等不及有人找到問題，而後手動按下按鈕。而工業以太網自動化網絡能夠檢測灌裝過程當中的錯誤，並自動中止灌裝流程，防止形成時間、產品和資金損失。

 

以太網和工業以太網之間的其餘差異

 

Real Time Automation公司表示，以太網通常更多地用於辦公環境，而非工業環境中。辦公以太網主要針對基礎層次的使用，而工業以太網則可能用於多種層次，以及任務更加繁重的環境。

 

工業以太網更適合用於解決工廠噪聲問題，知足工廠工藝需求，應對更加嚴苛的環境，甚至更好地應對工廠內的數據衝突問題。

 

工業以太網技術採用的線路和鏈接器也跟傳統的不一樣。例如，Real Time Automation公司表示，工業配置中使用的鏈接器並不是是基本的咬合鎖定類型。由於環境更加嚴苛，因此須要更加堅固的鎖定類型。重負荷應用也常常須要使用密封式鏈接器。

 

此外，商用或辦公以太網和工業以太網採用的線纜也不一樣。比起常規的以太網電纜，輕型工業電纜的護套質量可能更好。此外，正如所預期的，重負荷電纜的護套及其使用的金屬也能提高品質，讓它更加耐用。

 

在定義工業以太網和以太網相區分時，肯定性是一個重要因素。標準以太網自己 不具備肯定性，7但工業環境須要肯定性。它們須要在特定時間發送和接收數據包，且它們須要保證數據每一次都成功發送。這是由於在工業配置中，設備之間的數據丟失或數據延遲都會形成災難性後果—例如，生產流程中的重大問題。公司在選擇部署哪一種類型的以太網時，這種實時信息傳輸一般會起到至關大的決定做用。公司須要評估自身的特定需求，而後肯定最適合其組織使用的以太網解決方案。