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乙太網路和工業乙太網路有何不同?
[作者 ADI]   2018年08月07日 星期二 瀏覽人次: [2427]


工業乙太網路系統需要比辦公室乙太網路更加穩定可靠。


乙太網路,尤其是工業乙太網路近來已成為製造業的熱門詞彙。雖然類似,但卻各有特點,各有優勢。本文將介紹乙太網路和工業乙太網路,並比較二者的不同。


何謂乙太網路?

乙太網路最早出現於1970年代,之後按照IEEE 802.3實施了標準化。乙太網路是指符合IEEE 802.3標準的區域網(LAN)產品組,IEEE 802.3是一組電氣與電子工程師協會(IEEE)標準,用於定義有線乙太網路媒體存取控制的實體層和資料連結層。[1]這些標準也說明配置乙太網路的規則,以及各種網路元件如何彼此協作。[2]


乙太網路支援多台電腦透過一個網路連接,沒有它,現代社會採用的各種設備之間可能無法通訊。乙太網路是一種全球化的電線電纜系統標準,這些電線電纜將多台電腦、設備、機器等透過企業的單個網路連接在一起,以便所有電腦彼此通訊。乙太網路的雛形是一條電纜,它支援多台設備連接至同一網路。如今,乙太網路可根據需要擴展和覆蓋新設備。乙太網路是目前全球最受歡迎、使用範圍最廣泛的網路技術。[3]


工業乙太網路的工作原理


圖1 : 工業設定中需要採用這種先進技術,以確保能夠正確發送和接收特定的製造資料。以瓶子灌裝廠為例,工業乙太網路自動化技術支援透過網路發送灌裝資料,以確保按計劃完成灌裝。
圖1 : 工業設定中需要採用這種先進技術,以確保能夠正確發送和接收特定的製造資料。以瓶子灌裝廠為例,工業乙太網路自動化技術支援透過網路發送灌裝資料,以確保按計劃完成灌裝。

使用乙太網路時,資料流程被分割成更短的資料塊或幀,每個都包含特定的資訊,例如資料的源和目的地。要按照需求透過網路發送和接收資料,這些資料是不可或缺的。


其他與乙太網路技術相關的術語包括:


u 介質在現代乙太網路技術中,介質是指雙絞線對或光纜,乙太網路設備通過連接它們來提供資料傳輸路徑。


u 段:單個共用介質。


u 節點:連接段的設備。


標準乙太網路的資料傳輸速度在10 Mbps到100 Mbps之間。千兆乙太網路(Gigabit Ethernet)是IEEE 802.3標準中使用的一個術語,用於表示以1 Gbps的速度傳輸的乙太網路網速。千兆乙太網路最初一般用於骨幹絡傳輸,以及高性能或高容量伺服器,但隨著時間發展,它已經逐漸受到桌面連接裝置和PC的支援。


乙太網路的其他資訊

乙太網路和Wi-Fi是兩個不同的概念—乙太網路使用線纜來連接電腦和設備。幾乎提到的所有網路或LAN連接都是指乙太網路。


何謂工業乙太網路?

工業乙太網路如同其名,指的是應用於工業配置的乙太網路,它們通常需要更穩定可靠的連接器、電纜,以及更高的確定性,後者最為重要。為了獲得更高的確定性,工業乙太網路在使用乙太網路時,會使用專用協定。目前較受歡迎的工業乙太網路協定包括:PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、SERCOS III以及POWERLINK。


使用工業乙太網路時,資料傳輸速率為10 Mbps至 1 Gbps [4]。但是,工業乙太網路應用最常使用100 Mbps的速度。



圖2 : 相較於辦公室乙太網路系統,工業乙太網路需要進行更多考量。工廠環境中的製造設備會受到不同溫度、振動以及其他潛在的干擾雜訊的影響。
圖2 : 相較於辦公室乙太網路系統,工業乙太網路需要進行更多考量。工廠環境中的製造設備會受到不同溫度、振動以及其他潛在的干擾雜訊的影響。

工作原理

工業乙太網路協定(例如PROFINET和EtherCAT)會修改標準乙太網路的協定,以確保不但能正確發送和接收特定的製造資料,還能在需要執行特定操作時,準時發送和接收資料。以使用工業乙太網路自動化技術的瓶子灌裝廠為例,它能透過網路發送灌裝資料,以確保按計劃完成灌裝。據Real Time Automation公司稱,瓶子裝滿時,會通過網路發送停止灌裝命令[5]。


它表示,對於辦公乙太網路設置,這種消息就不會如此至關重要。網頁丟失時,使用者只需要點擊刷新按鈕就可以了。但是對於工廠,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,然後再手動按下按鈕。而工業乙太網路自動化網路可以檢測灌裝過程中的錯誤,並自動停止灌裝流程,防止造成時間、產品和資金損失。


乙太網路和工業乙太網路的其他差異

Real Time Automation公司表示,乙太網路一般更多地用於辦公環境,而非工業環境中。辦公乙太網路主要針對基礎層次的使用,而工業乙太網路則可能用於多種層次,以及任務更加繁重的環境。


工業乙太網路更適合用於解決工廠雜訊問題,滿足工廠工藝需求,應對更加嚴苛的環境,甚至更良好地去因應工廠內的資料衝突問題。


工業乙太網路技術採用的線路和連接器也跟傳統的不同。例如,Real Time Automation公司表示,工業配置中使用的連接器並非是基本的咬合鎖定類型。因為環境更加嚴苛,所以需要更加堅固的鎖定類型。重負荷應用也經常需要使用密封式連接器。


此外,商用或辦公乙太網路和工業乙太網路採用的線纜也不同。比起常規的乙太網路電纜,輕型工業電纜的護套品質可能更好。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升品質,讓它更加耐用。


在定義工業乙太網路和乙太網路相區分時,確定性是一個重要因素。標準乙太網路本身不具有確定性[6],但工業環境需要確定性。它們需要在特定時間發送和接收資料封包,且它們需要保證資料每一次都成功發送。這是因為在工業配置中,設備之間的資料丟失或資料延遲都會造成災難性後果—例如生產流程中的重大問題。當公司在選擇部署哪種類型的乙太網路時,這種即時資訊傳輸通常會發揮相當大的決定作用。公司需要評估自身的特定需求,然後確定最適合其組織使用的乙太網路解決方案。


參考文獻

[1] ANSI/IEE 802.3-2002—IEEE IT標準—系統之間的電信傳輸和資訊交換—LAN/MAN—特定要求—第3部分:CSMA/CD存取方法和實體層規範—維護修訂版。IEEE, 2002。


[2]乙太網路指南—第1部分:網路基礎。Lantronix。


[3] Nick Pidgeon。“乙太網路的工作原理。”HowStuffWorks,2000年4月。


[4]關於工業乙太網路的方方面面。Hirschmann。


[5]何謂工業乙太網路?Real Time Automation公司。


[6]“瞭解乙太網路的速度和確定性。”Automation World(自動化世界),2011年11月。


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自動化工業中的乙太網路(二) 全廠自動化的EtherNet/ IP
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工業乙太網路積極擴張應用
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