工业中的以太网布线

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欢迎访问e展厅 展厅 5 网络/安全/存储产品展厅 无线上网卡, 光纤设备, 网络布线产品, 计算机干扰器, 网关, ... 以太网已经成为办公通信的标准，在办公领域广为使用，而且也越来越多地在工业生产中应用。基于不同通信协议的以太网，如EtherNet/IP、ModbusTCP、 EtherCat、Powerlink和SafeEthernet等，已经得到进一步发展，逐渐在工业中广泛应用。提供商和使用者都会利用以太网通信的经济和技术方面的优势来改进自己的产品及生产系统。 随着以太网的应用，布线系统的设计也需要加强，如我们所了解的现场总线系统。IAONA联合技术工作组2001年发布了IAONA工业以太网规划和安装指南，并且在2002年和2003年都推出了更新的版本。所有从事以太网通信网络的规划、安装、维护和应用的人员都可以从这份文件中得到与自身工作相关的指导信息。 2003年11月IAONA又迈出了重要的一步，基于D类型的传输联接，IAONA开始提供从IAONA联合技术工作组“基础布线结构”得到的知识成果，并将其融入工业以太网规划和安装指南，以及标准化IEC主体中。为此，IAONA任命了两名专家负责研究IEC SC 65 C WG 1 JWG 10(工业布线)，并同时任命另外一名专家负责研究 ISO/IEC JTC 1-SC 25-WG 3 IPTG（工业布线基础)。 这些工作保证了IAONA工业以太网规划和安装指南与国际标准保持一致，以及实际应用中更具可操作性。 指南的目标和内容 由于工业环境与办公环境的要求不同，所以以太网通信的应用也应有所区别。工业应用不只是用交换机和集线器将设备联起来这么简单。工业环境较为复杂，有供电系统、机械设备、灰尘和一些有害物的不良影响，以及数据传输的时间要求等，所以需要详细的规划、正确的安装和安全测试。IAONA工业以太网规划和安装指南介绍了这些需要注意的不同点和实践中的应用方法。 IAONA工业以太网规划和安装指南是第一个完整的工业以太网通信系统的设计和测试方面的技术辅助资料并试图为工业以太网配置方法建立一套标准。 这本指南在配置办公和校园网的国际以太网标准ISO/IEC 11801和EN 50173的基础上，修改了标准中不适合工业应用的部分，并且吸收了其他工业IT布线的相关内容。 指南中所涉及的规划、实施和质量保证方面的内容，主要包括：布线规划时需要注意的内容；布线的文件和管理方面的要求；维修和维护方面的建议；规划策略（路线图）和有关应用、电磁环境、建筑结构和设备设施等方面的方案指导；根据具体应用、电磁环境、建筑结构和设备设施的具体情况，需要注意的金属和光纤网络的设计和安装规则；根据具体应用、电磁环境、建筑结构和设备设施的具体情况，达到实施合格的标准和要求；根据具体情况采用不同的解决方案。 目前发布的IAONA工业以太网规划和安装指南第四版，在前几版的基础上做了一些拓展：IEC在61076-3-106标准中描述的重负荷环境（IP67），基于两个RJ45接口的系统；除了总的拓扑结构外，也加入了一些典型的安装环境实例；加入了所有典型网络环境和一些特殊环境中的接地和屏蔽的解决方案。 设计和说明 设计时的首要问题是确定以太网配置的拓扑结构。ISO/IEC 11801标准和EN 50173标准中都定义了办公室通信常用的拓扑结构。一个建筑之间至少要含有一个分线装置。校园内各建筑的分线装置与总的分线装置形成星形拓扑结构。这些校园分线装置将成为整个区域的中心通信点与互联网相联。在一个建筑之中通常配有多个层次的分线装置，这些分线装置与终端设备相联，如办公PC，打印机等。 如果考虑到工业环境的影响，这些通用的拓扑结构也可以应用到工业以太网通信系统中。指南中的拓扑结构都是基于这个思想，只是根据具体的需要有细小的改变。工业应用与办公网络的不同之处在于网络容量、冗余和必要的实时性能。 基本上工厂里的一层或是一个大的车间就相当于一栋办公楼的系统容量，所以拓扑结构也是相似的。 校园级分线装置、建筑级的分线装置和设备级的分线装置，它们各自的拓扑结构的设计是根据冗余、布线和其他方面的要求来确定的。星形拓扑、总线式拓扑和环形拓扑结构都是适用的。在工业环境中环形拓扑结构可能最为适合，因为可以用相对较少的布线保证冗余。 确定拓扑结构之后需要考虑搭建系统所需的组件，缆线类型、接头、分线装置和数据传输速率等。 处于激活状态和非激活 状态的组件 在网络中的组件需要区分激活状态和非激活状态。指南中认为缆线和接头是非激活状态的组件，而集线器、交换机和网关是激活状态的组件。 非激活组件是根据通用联线标准决定的，但办公技术的标准不能完全适用于工业环境，所以指南中也给出了工业环境特殊要求。 指南中规定了两类组件：轻型组件应用在保护外壳或转换器中；重型组件应用在没有保护装置的工业环境中。根据这两种环境组件以及光纤和铜线的特点，同时考虑电磁影响和机械压力的影响，指南中给出了线缆类型和接口的选择以及是否需要外壳保护的选择方法。此外，还考虑到了跳线和接地的问题。 激活状态组件是依据它们在网络中的功能确定的，例如根据响应时间的要求，设备布线装置和建筑布线装置等。 在规划网络时就要根据将要联接的以太网设备（如PC、工作站、PLC、I/O设备）以及将来实现的应用，计算每一个连接设备可能的网络流量。为了避免暂时的网络超载，也需要估算平均流量和峰值流量。 大多数的办公网络对传送和响应时间的波动是有一定的宽容度的。但是在过程控制中，对响应时间是有严格的限制的。当然过宽的带宽也是不必要的，一般至少保留10倍的带宽。 随着时间推移，网络中过程控制的分支和管理层都可能不断增加，但在没有严格响应时间要求时都是暂时的峰值流量，这可以通过设置网络交通优先级很容易地解决。 系统实施时的辅助工具 设计和规划之后就是安装了。指南给出的权威指导可以确保安装的专业性，并且指出了可能存在的错误以及带来的问题和危险性。 根据两种不同的环境类型，灵活使用铜线或是光纤。使用铜线时需要注意的是：接头的配制类型；距离干扰源的最小距离要符合IEEE518-1982的规定，以决定是否采用外壳保护；机械压力；电磁干扰；导电引线的使用；跳线和接地等。 使用光纤时要注意的是：光纤的接口；所用光纤的类型和规格；安装质量和接头配置。 除了线缆类型，还需要关注的问题有布线的路径、线缆的排列和标识，以及计划书的制作。 在系统安装完成后，需要对系统的安全性和功能性进行检测。铜线与光纤联接的网络需要分别检测。铜线网络需要检测线路图、DC环路电阻、布线长度、衰减问题、近端串扰和网络节点。光纤网络需要检测不同的数据传输模式、传输损耗、基本故障的测试工具、能量损失和OTDR。(end)

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