以太网与工业以太网的区别以太网和工业以太网

时间 2019-12-09 标签以太网工业区别

　　以太网产生延迟的主要缘由是冲突，其缘由是它利用了CSMA/CD技术。在传统的共享网络中，因为以太网中因此的站点，采用相同的物理介质相连，这就意味着2台设备同时发出信号时，就会出现信号见的互相冲突。为了解决这个问题，以太网规定，在一个站点访问介质前，必须先监听网络上有没有其余站点在同时使用该介质。若是有则必须等待，此时就发生了冲突。为了减小冲突发生的概率，以太网常采用1-持续CSMA，非持续CSMA，P-持续CSMA的算法2。html

　　因为以太网是以办公自动化为目标设计的，并不彻底符合工业环境和标准的要求，将传统的以太网用于工业领域还存在着明显的缺陷。但其成本比工业网络低，技术透明度高，特别是它遵循IEEE802.3协议为各现场总线厂商大开了方便之门。算法

　　以太网的缺陷安全

　　一、肯定性服务器

　　因为以太网的MAC层协议是CSMA/CD，该协议是的网络上存在冲突。对于一个工业网络，若是存在着大量的冲突，就必须屡次重发数据，使得网络间通讯的不肯定性大大增长，带来系统控制性能的下降。网络

　　二、实时性post

　　在工业控制系统中，在一个事件发生以后，系统必须在一个能够准确预见的时间范围内做出反应。而工业上对数据传输的实时性要求很是高，数据的更新是在数十毫秒完成。而以太网的CSMA/CD机制，当发生冲突时重发数据，能够尝试16次，这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。性能

　　而设备的掉线，可能会形成重大的设备或者人身安全事故。url

　　三、可靠性spa

　　以太网是为商业设计的，但应用到工业现场，面对恶劣的工况、严重的线间干扰，必然下降其可靠性。因此工业网络要求具备高的可靠性，可恢复性以及可维护性。设计

　　工业以太网的解决机制

　　一、交换技术

　　将共享的局域网进行有效的冲突域划分机制。各个领域之间用交换机链接，减小冲突问题和错误传输。这样能够尽可能避免冲突的发生，提升系统的肯定性。

　　二、高速以太网

　　冲突的发生与负载有关，负载越大，发生冲突的几率越大。提升以太网的通信速度，能够有想下降网络的负荷。

　　三、IEEE1588对时机制

　　IEEE1588定义了一个在测量和控制网络中，与网络交流、本地计算和分配对象有关的精确同步时钟的协议(PTP)。此协议并非排外的，可是特别适合于基于以太网的技术，精度可达微秒范围。它使用时间印章来同步本地时间的机制。即便在网络通讯时同步控制信号产生必定的波动时，它所达到的精度仍可知足要求。这使得它尤为适用于基于以太网的系统。经过采用这种技术，以太网TCP/IP协议不须要大的改动就能够运行于高精度的网络控制系统之中。在区域总线中它所达到的精度远远超过了现有各类系统。此外，在企业的各层次中使用基于以太网TCP/IP协议的网络技术有着巨大的优点。

以太网和工业以太网

OSI参考模型中的数据链路层定义了经过通讯媒介互联的设备之间传输的规范，数据链路的传输方式有以太网、WLAN（无线局域网如Wifi/蓝牙/3G/4G/WiMAx/ZigBee等）、PPP（点对点）、ATM、FDDI、光纤通道、HDMI等，而互联网能够简单理解为数据链路的集合，即以太网、WLAN（无线局域网）、PPP（点对点）、ATM、FDDI、光纤通道、HDMI的集合。

须要指出，通常以太网规范除了设计到数据链路层，还涉及到物理层，即物理接口形态。常见的以太网通信电缆有同轴电缆、双绞线等，各类电缆支持的传输速度也不同，线缆的终端通常压制成水晶头的形态。

前面提到数据链路层定义了经过通讯媒介互联的设备之间传输的规范，所以就涉及到通信拓扑结构：总线型、环形、星形、混合型。从通信介质的使用方法看，网络可分为共享介质型和非共享介质型。共享介质型网络指由多个设备共享一个通讯介质的一种网络，在这种方式下，设备间使用同一个载波信道进行发送和接受，为此基本上采用半双工通讯，通常总线型、环形为共享介质型。数据链路层的传输规范还包括MAC地址转发，环路检测技术等，读者只需知道数据链路层包括介质访问控制层以及逻辑链路控制层便可。

共享型介质网络有两种介质访问控制方式：争取方式和令牌传递方式。争取方式一般令网络中各个站采用先到先得的方式占用信道发送数据，若是多个站同时发送数据帧，则会产生冲突现象，固然有响应的处理机制（如CSMA/CD）来保证一旦冲突发生时会释放信道。令牌传递方式是沿着令牌环发送一种叫作“令牌”的特殊报文，是控制传输的一种方式，只有获取令牌的站才能发送数据。这种方式有两个特色：一是不会产生冲突，而是每一个站都有经过平等循环得到令牌的机会。

以太网连接形式有采用同一根同轴电缆的共享介质性总线链接方式(须要作冲突检查），也有采用独占电缆的方式实现以太网通信（不须要冲突检查）。以太网通信的特色是结构简单、成本低廉、传输速率高（10Mbps,100Mbps,1Gbps到10Gbps）

现场总线通常只涉及物理层，数据链路层和网络层，如CAN总线，EtherCAT总线。固然对于特定的用途，还在简单的现场总线上衍生了更高层次的总线协议，如CANOpen协议，EtherCAT Cos（403协议）等。

工业以太网与普通以太网不同，是在以太网基础上衍生出来的一种，与普通以太网区别在两点：

1.工业以太网的实时性更高（或者说介质访问控制层以及逻辑链路控制层设计得更合理，保证网络的利用率更高）

2.抗干扰能力更强

简单说，工业以太网是现场总线，而以太网不是（或不多用在现场总线）！

关于Ethernet 和EtherCAT：

Ethernet是以太网，EtherCAT是实时以太网，后者对前者作了一些改造。

EtherCat是实时总线。
对实时性要求略低能够用profibus profinet cclink之类
再低能够用普通的以太网
对应的层次举例：
实时要求高：传感器的控制器，运动控制器和伺服驱动
通常：PLC到机器人控制器
低： MES到上位机

从OSI网络模型的角度来看同，现场总线网络通常只实现了第1层(物理层)、第2层(数据链路层)、第7层(应用层)。由于现场总线一般只包括一个网段，所以不须要第3层(传输层)和第4层(网络层)，也不须要第5层(会话层)第6层(描述层)的做用。

并列关系是：工业以太网、EtherCAT、Modbus、Profibus、CCLink、CAN、DeviceNet、ControlNet、HART等

关于串行、并行、总线，能够参考以下解释：

做者：Eric Leo
连接：https://www.zhihu.com/question/26723720/answer/33980357
来源：知乎
著做权归做者全部，转载请联系做者得到受权。

串行总线和并行总线，属于计算机领域的一个通讯的概念。

串行，简而言之，通常通讯的双方经过两根线就能够实现数据的收发，像咱们电脑中用的RS232等就是标准的串行总线，如今的USB也用的是串行，这种因为数据是串行的，由于一次只能发送一位。

并行，是相对于串行来说，数据传输有多根线，由于一次就能发送多位。

那么问题来了，串行和并行哪一个更快呢？

也许你会以为并行一次能够传多位，确定比串行快。那么你就错了，总线传输的速率，不只取决于一次能发送多少位，并且还取决于你发送一次所用的速度。而并行总线，牵涉到多个数据线的数据同步问题，通常速率很难提升，且总线越长，越易受到干扰。而串行总线则没有这个问题，所以像如今的USB接口的速度能够作到很快。

也许你会问，串行总线和并行总线，在DCS中主要用在什么地方。答案就是你说的DPU与IO模件之间的通讯，通常就是经过串行或并行的总线来进行通讯的。

然而随着技术的进步，现场总线技术的提出，在传统的串行和并行的基础上，国际上的一些大牌工控企业，提出了几个现场总线协议，如西门子的profibus等等。而关于现场总线，有些在物理层，用的也是传统的串行和并行总线，而区别在于传输层与网络层，相比于传统的Modbus具备更加丰富的功能。固然，如今的现场总线，更具优点的就是摒弃这种总线的物理链接，而直接采用以太网链接，即咱们所说的网线链接。而你所讲的工业以太网，就是这样的一种链接形式。

由于如今PC上位机与DCS间通常都是采用工业以太网链接的，而如此DCS与IO模件也采用这种链接，就至关于全系统都采起了工业以太网。

首先是总线能够理解为链接设备用于通信的线。在这条线上的通信使用的不一样的通信协议例如 profibus DP （站号来保证总线上各个设备的区分） modbus rtu （站号来保证总线上各个设备的区分） 。直观点就是用线把全部设备都串起来了。

串行和并行是发送数据的不一样方式。串行是一个个发，并行是多个一块儿发。

现场总线简单点能够这么理解，之前只是控制器和模块在总线上，如今好了连现场的仪表均可以连在总线上了。不须要现场的仪表先把测量值变成4-20ma或者0-10v的信号，不须要模拟量采集卡件，直接能够经过总线像读取现场仪表的信息（包括测量值、量程范围等等在内的不少）。现场总线常见的有CAN 和 HART 。

工业以太网这个就是以太网，就是网线（物理介质）。只是和咱们上网用的协议不同而已（介质访问控制层以及逻辑链路控制层）。不过能够理解为和咱们经常使用的以太网是同样的。都是要搭建网络设置IP地址的。

做者：萧任风
连接：https://www.zhihu.com/question/26723720/answer/34132412
来源：知乎
著做权归做者全部，转载请联系做者得到受权。

注：半双工是指某一时刻只能进行发或收的通讯方式，全双工是指在某一时刻能够同时进行发送和接收的通讯方式

以太网，尤为是工业以太网近来已成为制造业的热门词汇。虽然相似，却各有特色，各有优点。本文将介绍以太网和工业以太网，并比较两者的不一样。

何谓以太网？

以太网最先出现于1970年代，以后按照IEEE 802.3实施了标准化。以太网是指符合IEEE 802.3标准的局域网(LAN)产品组，IEEE 802.3是一组电气与电子工程师协会(IEEE)标准，用于定义有线以太网媒体访问控制的物理层和数据链路层。这些标准也说明子配置以太网网络的规则，以及各类网络元件如何彼此协做。以太网支持多台计算机经过一个网络链接，没有它，现代社会采用的各类设备之间可能没法通讯。以太网是一种全球化的电线电缆系统标准，这些电线电缆将多台计算机、设备、机器等经过企业的单个网络链接在一块儿，以便全部计算机彼此通讯。以太网的雏形是一条电缆，它支持多台设备链接至同一网络。现在，以太网网络可根据须要扩展和覆盖新设备。以太网是目前全球最受欢迎、使用范围最普遍的网络技术。

工业以太网的工做原理

图1.工业设置中须要采用这种先进技术，以确保可以正确发送和接收特定的制造数据。以瓶子灌装厂为例，工业以太网自动化技术支持经过网络发送灌装数据，以确保按计划完成灌装。

使用以太网时，数据流被分割成更短的数据块或帧，每一个都包含特定的信息，例如数据的源和目的地。要按照需求经过网络发送和接收数据，这些数据是不可或缺的。

其余与以太网技术相关的术语包括：

介质在现代以太网技术中，介质是指双绞线对或光缆，以太网设备经过链接它们来提供数据传输路径。
段：单个共享介质。
节点：链接段的设备。

标准以太网的数据传输速度在10 Mbps到100 Mbps之间。千兆以太网是IEEE 802.3标准中使用的一个术语，用于表示以1 Gbps的速度传输的以太网网速。千兆以太网最初通常用于主干网络传输，以及高性能或高容量服务器。但随着时间发展，它逐渐受到桌面链接设备和PC的支持。

关于以太网的其余信息

以太网和Wi-Fi是两个不一样的概念—以太网使用线缆来链接计算机和设备，计算机杂志如此表述。4 几乎提到的全部网络或LAN链接都是指以太网。

何谓工业以太网？

工业以太网如同其名，指的是应用于工业配置的以太网，它们一般须要更稳定可靠的链接器、电缆，以及更高的肯定性，后者最为重要。为了得到更高的肯定性，工业以太网在使用以太网时，会使用专用协议。目前较受欢迎的工业以太网协议包括：PROFINET®、EtherNet/IP®、EtherCAT®、SERCOS III以及POWERLINK®。

使用工业以太网时，数据传输速率为10 Mbps至 1 Gbps。5可是，工业以太网应用最常使用100 Mbps的速度。

图2.相较于办公以太网系统，工业以太网须要进行更多考量。工厂车间中的制造设备会受到不一样温度、振动以及其余潜在的干扰噪声的影响。

工做原理

工业以太网协议（例如PROFINET和EtherCAT）会修改标准以太网的协议，以确保不但能正确发送和接收特定的制造数据，还能在须要执行特定操做时，准时发送和接收数据。以使用工业以太网自动化技术的瓶子灌装厂为例，它能经过网络发送灌装数据，以确保按计划完成灌装。据Real Time Automation公司称，瓶子装满时，会经过网络发送中止灌装命令。

它表示，对于办公以太网设置，这种消息就不会如此相当重要。网页丢失时，用户只须要点击刷新按钮就能够了。可是对于工厂，一个小问题就可能演变成大灾难—公司根本等不及有人找到问题，而后手动按下按钮。而工业以太网自动化网络能够检测灌装过程当中的错误，并自动中止灌装流程，防止形成时间、产品和资金损失。

以太网和工业以太网之间的其余差异

Real Time Automation公司表示，以太网通常更多地用于办公环境，而非工业环境中。办公以太网主要针对基础层次的使用，而工业以太网则可能用于多种层次，以及任务更加繁重的环境。

工业以太网更适合用于解决工厂噪声问题，知足工厂工艺需求，应对更加严苛的环境，甚至更好地应对工厂内的数据冲突问题。

工业以太网技术采用的线路和链接器也跟传统的不一样。例如，Real Time Automation公司表示，工业配置中使用的链接器并不是是基本的咬合锁定类型。由于环境更加严苛，因此须要更加坚固的锁定类型。重负荷应用也常常须要使用密封式链接器。

此外，商用或办公以太网和工业以太网采用的线缆也不一样。比起常规的以太网电缆，轻型工业电缆的护套质量可能更好。此外，正如所预期的，重负荷电缆的护套及其使用的金属也能提高品质，让它更加耐用。