Отличие промышленного Ethernet от Ethernet
Обновлено: 02.07.2024
Термин "Ethernet" относится к сетевым технологиям, используемым в домашней и офисной среде. Промышленный Ethernet — это Ethernet, используемый в промышленной среде. Эти два термина, хотя и имеют общее слово, функционально различны. Как Industrial Ethernet, так и Ethernet имеют свои особенности и обладают уникальными преимуществами. Цель этой статьи — объяснить разницу между стандартным Ethernet и промышленным Ethernet.
Ethernet и как он работает?
До недавнего времени Ethernet-устройства могли иметь только несколько сотен метров кабеля между собой. Это сделало технологию непрактичной, когда дело дошло до соединения географически распределенных местоположений. Однако современные разработки увеличили эти расстояния, позволив сетям Ethernet простираться на десятки километров. Варианты Ethernet используют витую пару или оптоволоконный кабель в качестве физической среды, по которой передаются данные. На рис. 1 показана простая сеть Ethernet, в которой различные типы устройств связаны через стандартный Ethernet.
Рис. 1. Сеть Ethernet в офисе
Несколько проводов, присутствующих в каждом кабеле, позволяют передавать данные в обоих направлениях, как к компьютеру, так и от него. Маршрутизатор или коммутатор является последним аппаратным компонентом сети. Маршрутизатор выполняет функцию направления всех внутрикомпьютерных данных по сети. Это позволяет подписанным компьютерам делиться им, а также служит интернет-линком.
Ethernet менее подвержен проблемам, связанным с радиочастотными помехами, физическими барьерами или ограничениями полосы пропускания. Поскольку существует физическая кабельная система, незаконный доступ к сетевым данным или перехват пропускной способности для несанкционированных устройств, не входящих в официальный список подписчиков, представляет собой проблему. Таким образом, достигается превосходная сетевая безопасность и контроль.
Технология Ethernet достигла уровня, когда она может обеспечивать интеллектуальные функции сети, и этот постоянный прогресс сделал ее жизнеспособным решением для промышленных приложений. Технология предлагает следующие четыре скорости передачи данных:
• 10BASE-T Ethernet обеспечивает производительность до 10 Мбит/с.
• Fast Ethernet обеспечивает скорость до 100 Мбит/с.
• Gigabit Ethernet увеличивает скорость до 1 Гбит/с.
• 10 Gigabit может поддерживать интеллектуальные сетевые сервисы на базе Ethernet, взаимодействовать с существующими архитектурами и обеспечивать высокую скорость передачи данных 10 Гбит/с.
Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI) представляет собой сердце сети Ethernet. Он описывает передачу информации от программного приложения, имеющегося на одном компьютере, к программному приложению на другом компьютере через сетевую среду. Эталонная модель OSI разделяет задачи, связанные с передачей данных между сетевыми компьютерами, на семь уровней:
• Уровень канала передачи данных
Промышленный Ethernet
Промышленный Ethernet — это Ethernet, разработанный для промышленной среды. Технология требует прочных разъемов, кабелей и возможности обмена данными в режиме реального времени. Industrial Ethernet применяет стандарты Ethernet, написанные для передачи данных, к сетям управления производством, как показано на рис. 2.
Коммутируемая архитектура Ethernet часто используется в промышленных сетевых средах. Коммутаторы позволяют нескольким пользователям одновременно отправлять информацию по сети без взаимных помех и, следовательно, без снижения скорости.
Промышленный Ethernet использует специальные протоколы для обмена информацией в реальном времени. Несколько популярных протоколов промышленного Ethernet: PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, SERCOS III и POWERLINK.
Рисунок 2. Промышленный Ethernet
В полностью коммутируемых сетях используется витая пара или оптоволокно. Оба используют отдельные проводники для отправки и получения данных. Таким образом создается среда без коллизий, в которой данные могут отправляться и приниматься одновременно. Коммутаторы функционируют на канальном уровне модели OSI. Использование переключателя дает следующие преимущества:
• Детерминизм. Он гарантирует, что пакет будет отправлен и получен в определенное время. Детерминизм — важная цель проектирования промышленных сетей.
• Задержка — относится ко времени, затрачиваемому на перемещение между источником и получателем в сети. Коммутаторы характеризуются низкими задержками.
• Потеря данных при перегрузке. Интеллектуальные коммутаторы предлагают функции качества обслуживания (QoS), которые отдают приоритет критически важному трафику. Потеря данных, связанная с перегрузкой, не происходит.
Чем Industrial Ethernet отличается от Ethernet?
Несколько параметров подчеркивают различия между стандартным Ethernet и промышленным Ethernet. К ним относятся коммуникационные потребности, операции и экологические проблемы.Давайте обсудим различия более подробно.
Промышленный Ethernet имеет несколько особых требований, основанных на двусторонней связи. Чтобы понять это, мы можем взять пример завода по розливу бутылок, работающего в сети Industrial Ethernet. Операция работает, поскольку она использует квитирование связи между ПЛК и датчиком для обеспечения доставки сообщения. Бутылка заполняется командой ПЛК. Когда бутылка заполнена, ПЛК подает команду остановки. Из этого следует, что в сети Industrial Ethernet рукопожатие экономит время и деньги.
В сети Industrial Ethernet встроена функция обнаружения сбоев. Если два сообщения сталкиваются в сети, ПЛК повторно отправляет сообщение до тех пор, пока не получит подтверждение от устройства. Когда дело доходит до использования Ethernet в офисе или дома, допустима периодическая потеря данных. Даже если веб-страница потеряется при преобразовании, ее можно просто обновить.
Фабричные операции и процессы являются жизненно важными задачами. Стоимость простоя является одной из таких основных проблем. Когда сеть выходит из строя в офисе, это в лучшем случае доставляет неудобства. Такой же вывод нельзя сделать в производственной среде. Простои обходятся дорого в любой отрасли.
В офисной среде информация, передаваемая по сети, может быть важной и конфиденциальной по своему характеру. Таким образом, сеть должна быть защищена от несанкционированного использования. Отрасли разделяют одинаковые опасения. Мощный риск безопасности в промышленной среде включает в себя случайную поломку системы сотрудником и, следовательно, создание сценария «Мусор на входе/Мусор на выходе». Это может привести к полной остановке устройства или сети.
Условия окружающей среды, такие как температура, шум, вибрация и присутствие химических веществ, могут существенно повлиять на работу сети:
Компоненты Office Ethernet предназначены для использования на начальном уровне. Компоненты Industrial Ethernet, напротив, используются на нескольких уровнях и в различных экологических условиях. Использование потребительских коммутаторов премиум-класса, концентраторов и кабелей, предназначенных для офисного и домашнего Ethernet, в промышленных приложениях работает нормально в течение временного периода, но вскоре они выходят из строя, поскольку не предназначены для промышленного использования.
Стандартный Ethernet почти всегда имеет звездообразную топологию, в то время как промышленный Ethernet имеет различные варианты топологии, такие как звездообразная, древовидная, линейная и кольцевая топология, подходящие для различных промышленных приложений.
Кабели и разъемы
Технология промышленного Ethernet различается между кабелями и разъемами. Присутствие суровых условий означает, что промышленное применение требует сверхмощных и герметичных разъемов. Кабели также отличаются в промышленном Ethernet. Промышленные кабели должны иметь более качественную оболочку по сравнению с обычными кабелями Ethernet. Оболочка, покрывающая кабели для тяжелых условий эксплуатации, и металл должны быть высшего качества, чтобы обеспечить их долговечность.
Вероятно, вы знакомы с Ethernet – сетевым протоколом, который позволяет компьютерам (обычно в офисе, школе или в коммерческой среде) обмениваться файлами, просматривать Интернет и получать доступ к принтерам и другому оборудованию, подключенному к сети. Ethernet был разработан для высокоскоростной передачи данных и является эффективным, простым и гибким. И, возможно, это самый распространенный сетевой протокол в мире. Эти факторы, наряду с низкой стоимостью внедрения, сделали Ethernet привлекательной сетевой технологией для промышленных сред.
Однако основная проблема при использовании стандартного Ethernet в промышленных условиях заключалась в том, что протокол TCP/IP для маршрутизации и доставки данных по своей природе не обеспечивает детерминированной (гарантированной) производительности в реальном времени, необходимой для многих систем автоматизации и обработка заявок. Но физическое оборудование, используемое в сетях Ethernet, может.
Промышленным приложениям требовался новый протокол реального времени, предназначенный для использования физических уровней Ethernet, который также мог бы обеспечивать детерминированную связь между контроллерами машин, датчиками, исполнительными механизмами и другими устройствами. Исходя из этого, был разработан Industrial Ethernet.
Ethernet определяется стандартом IEEE 802.3 и определяет физический уровень и уровень канала передачи данных сетевых функций. TCP/IP — это набор протоколов, используемых поверх уровня канала передачи данных Ethernet, которые обеспечивают связь через Ethernet. TCP — это протокол управления транспортом, который обеспечивает полную и безошибочную доставку пакетов данных. IP — это интернет-протокол, который направляет пакеты данных на основе их IP-адреса.
Стек сетевых протоколов состоит из нескольких уровней, каждый из которых имеет дело с определенным аспектом передачи данных и управления ими.Промышленный Ethernet основан на физическом уровне и уровне канала передачи данных стандартного Ethernet с некоторыми изменениями, включая, в некоторых случаях, различные транспортные и прикладные протоколы.
Изображение предоставлено: PCMag Digital Group
Промышленный Ethernet — это набор протоколов Ethernet, основанных на стандартном оборудовании Ethernet (физический уровень и уровень канала передачи данных) и интернет-протоколах (сетевой и транспортный уровни), а также на проприетарном уровне приложений. Протокол прикладного уровня обеспечивает передачу и получение правильных данных, когда и где они необходимы для конкретной операции.
Точно так же, как стандартный Ethernet обеспечивает обмен файлами и доступ к сетевым устройствам в офисе, протоколы Industrial Ethernet позволяют контроллерам получать доступ к данным в приводах, ПЛК, рабочих станциях и устройствах ввода-вывода на заводе.
Протоколы промышленного Ethernet используют один из трех подходов для обеспечения детерминизма в структуре на основе Ethernet. Первая такая архитектура, известная как Standard Software/Standard Ethernet, использует стандартный Ethernet с протоколом TCP/IP, но с механизмами, встроенными в верхний (прикладной) уровень для обеспечения связи в реальном времени. Ethernet/IP основан на этой архитектуре.
Другая архитектура, известная как Open Software/Standard Ethernet, использует стандартные уровни Ethernet с новыми (стандартными) протоколами, которые управляют доступом к сети и синхронизируют данные, отправляемые с каждого узла (устройства), чтобы обеспечить приоритетную отправку данных в первую очередь. Ethernet POWERLINK использует эту архитектуру.
Третья архитектура, используемая протоколами Industrial Ethernet, известная как Open Software/Modified Ethernet, основана на стандартном оборудовании Ethernet, но использует новые протоколы и дополнительное дополнительное оборудование для обеспечения детерминизма. EtherCAT, SERCOS III и PROFINET IRT используют эту архитектуру, но используют разные аппаратные средства и транспортные механизмы.
В дополнение к этим архитектурным изменениям для промышленного Ethernet часто требуется более надежное оборудование, такое как кабели и разъемы, чем в стандартном Ethernet, чтобы выдерживать суровые условия окружающей среды, характерные для большинства промышленных условий. Многие приложения Industrial Ethernet также требуют тщательного экранирования, заземления и фильтрации для устранения электромагнитных помех (EMI или шума), характерных для заводских настроек.
Ethernet и промышленный Ethernet — это не одно и то же. Хотя оба термина используются для описания соединительного кабеля, они представляют собой разные типы со своими собственными функциями и возможностями. Коммерческий Ethernet не отвечает потребностям промышленных приложений, потому что его целью является автоматизация офиса и интеграция. Промышленные приложения требуют гораздо более строгих стандартов производительности и долговечности.
Развитие Ethernet
Производители разработали Ethernet в 1970-х годах как группу продуктов для локальных вычислительных сетей (LAN) в соответствии со спецификациями Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) 802.3. Это позволяет компьютерам и другим устройствам взаимодействовать друг с другом по одной сети.
Сначала Ethernet представлял собой единый кабель, соединяющий устройства в сети. Теперь частные лица и корпорации могут использовать его для подключения любого количества устройств. Ethernet разделяет потоки данных на фреймы, каждый из которых содержит целевые порции информации, сообщающие сети, куда отправлять и как принимать каждую порцию.
Ethernet — это не то же самое, что Wi-Fi. Беспроводная связь (Wi-Fi) позволяет устройствам подключаться без какого-либо физического соединения. Ethernet обеспечивает более высокую скорость и меньше помех.
Промышленный Ethernet
Промышленный Ethernet больше подходит для суровых условий, чем кабели Ethernet, используемые в офисах и домах. Он имеет более прочные разъемы, более прочные кабели и улучшенный детерминизм. Он следует протоколам, разработанным для интенсивного использования, таким как PROFINET, EtherCat и POWERLINK. Коммутаторы поставляются в прочном корпусе и обеспечивают защиту от ударов и вибрации.
Промышленный Ethernet используется для прокладки кабеля в зонах с высокой плотностью промышленного оборудования. Они экранированы, поэтому электромагнитные частоты не могут проникнуть в них.Кабели часто заключают в тонкий металлический лист с заземлением на каждом конце, без которого электростатические помехи могут мешать передаче данных по сетевым кабелям.
Системы, работающие в промышленных условиях, часто подвергаются воздействию различных загрязняющих веществ. Соединения Industrial Ethernet обладают повышенной прочностью, чтобы выдерживать воздействие жидкостей, вибрацию от ударов и накопление мусора в воздухе. Компании также используют Industrial Ethernet для обнаружения проблем и немедленной остановки процессов, чтобы предотвратить материальные потери и снижение производительности.
Другие отличия
Организации выбирают между офисным и промышленным Ethernet на основе следующей информации:
- Office Ethernet поддерживает базовые возможности подключения. Промышленный Ethernet можно адаптировать для множества функций.
- Офисный Ethernet обычно использует защелкивающиеся механизмы блокировки, в то время как промышленный Ethernet имеет специализированные, часто герметичные разъемы и более тяжелые механизмы блокировки.
- Кабели Industrial Ethernet имеют оболочку более высокого стандарта, чем обычные кабели Ethernet.
- Стандартный Ethernet не является детерминированным. Industrial Ethernet использует планирование времени для разделения трафика от других частей сети, чтобы предотвратить помехи.
- Промышленный Ethernet обеспечивает быстрое резервирование сети, поэтому при отключении одного кабеля или выходе из строя коммутатора сеть перенаправляет данные.
- Большинство систем Industrial Ethernet работают при температуре от -40 до 70 градусов Цельсия, поэтому они хорошо работают на открытом воздухе и в условиях экстремальных температур.
- Четко определенные стандарты регулируют производство промышленного Ethernet, включая его устойчивость к электромагнитным помехам и уровень интеграции беспроводной сети.
Независимо от того, пытаетесь ли вы выбрать правильный кабель для своей сети 10G или ищете нестандартные кабельные сборки, компания C Enterprises обладает обширным опытом в области прокладки кабелей и кабельных соединений. У нас есть офисы продаж по всей территории Соединенных Штатов с техническими экспертами, которые могут помочь найти наилучшие решения для ваших потребностей в кабелях. Свяжитесь с нами, чтобы запросить расценки сегодня.
Промышленный Ethernet и обычный Ethernet: почему это важно
Power over Ethernet (PoE) – это универсальное решение, упрощающее внедрение систем освещения, безопасности и широкого спектра технологий с низким энергопотреблением. В этом посте PLANET разъясняет различные аспекты PoE, а также промышленного и обычного Ethernet.
Что такое обычное PoE?
Обычный или коммерческий Ethernet – это сетевая ИТ-технология, позволяющая конечным пользователям передавать данные и питание по одному кабелю Ethernet Cat5e, Cat6 или Cat6A. Технология PoE, также известная как технология IEEE 802.3, была стандартизирована Институтом инженеров по электротехнике и электронике.
PoE обеспечивает мощность до 90 Вт на порт. Это последнее расширение известно как стандарт Type 4 или 802.3bt. Обычное PoE становится все более популярным решением, используемым для питания локальных сетей, беспроводных сетей и умных домашних и бизнес-приложений, включая платформы светодиодного освещения и системы видеонаблюдения PTZ. 4 типа Ethernet 802.3af, at и bt, а также эти обозначения зависят от количества энергии, получаемой устройством на порт.
Что такое промышленное PoE?
Технология Industrial Ethernet — это сетевая ИТ-технология, аналогичная обычной PoE, которая предлагает конечным пользователям те же возможности для отправки данных и питания по одному кабелю Ethernet. Одним из основных отличий промышленного PoE является добавление на устройство закаленного корпуса, защищающего от возможной пыли и влаги, которые могут вызвать эрозию внутренних частей и ухудшить функциональность.
Эта внешняя оболочка, также известная как защита от проникновения (IP), позволяет реализовать устройство PoE в суровых условиях. В настоящее время промышленные решения PoE включают в себя множество новых приложений, в том числе промышленный контроль доступа, небольшие сотовые радиостанции 5G, PTZ-камеры, высокопроизводительные точки беспроводного доступа, экраны на транспортных станциях, а также наружные или заводские системы светодиодного освещения.
Среда, в которой работают многие промышленные технологии, часто может колебаться по температуре, шуму и статическому разряду и значительно отличается от среды, используемой в зданиях.
Несмотря на суровые условия окружающей среды, промышленное оборудование Ethernet Power Sourcing Equipment (PSE) работает почти так же, как и обычный Ethernet, передавая питание и данные между устройствами с низким энергопотреблением.
Коммерческий класс по сравнению с промышленным
Что происходит с оборудованием при воздействии экстремальных температур? Когда коммутаторы и концентраторы не защищены от воздействия окружающей среды, они начинают терять свою эффективность и, в конце концов, выходят из строя. Тепло, холод, вода и пыль могут воздействовать на чувствительную электронику, вызывая расширение и сжатие, покрытие и склеивание точек соединения, ослабление внутренних деталей.
Если вы поместите обычный Ethernet-коммутатор (не промышленного класса) в промышленную зону любого типа, он, скорее всего, физически повредит устройство, что приведет к потере данных и простою.
Рейтинг или код IP
Код IP или защиты от проникновения, также известный как стандарт IEC 60529, оценивает степень защиты, которую механические корпуса и электрические корпуса обеспечивают PSE PoE от проникновения, пыли, случайного контакта и воды. Он также классифицирует степени защиты от твердых и жидких тел в электрических шкафах.
Приложения для промышленного PoE
Промышленное PoE широко используется в производстве. Автоматизированные сети с высоким нагревом и большим количеством статических разрядов требуют изолированных кожухов. Эти системы исключают выполнение ручных операций, обеспечивая сквозную видимость производственных линий.
Промышленный Ethernet также используется в транспортных системах для поддержки датчиков, экранов дисплеев и систем видеонаблюдения, помогающих следить за пассажирами и обеспечивать безопасность ежедневных путешественников.
Гостеприимство — еще один параметр для промышленного PoE. Профессиональные мероприятия и конференц-центры используют надежное оборудование Ethernet для удовлетворения потребностей огромного количества людей. Они предлагают зарядные станции для смартфонов и КПК, беспроводную связь для участников на всей территории мероприятия и предоставляют такие вещи, как наружные аудио- и видеосистемы, для обеспечения безопасности в зонах вокруг объектов, таких как автостоянки.
PLANET предлагает полный спектр компонентов для промышленных сетей Ethernet в корпусах со степенью защиты IP-67 для создания надежных и высокопроизводительных сетей. Не стесняйтесь обращаться за помощью.
Читайте также: