办公以太网和工业以太网的区别
Industrial
• 现场安装（控制柜内或直接安装于自动化设 备上，环境恶劣，某些场合甚至要求满足 IP67防护等级） • 连接离散的控制设备和I/O • MTBF20年以上（基于MIL-HDBK217F）， 有些甚至长达100年以上
安装和连接
• 连接标准的台式机\工作站\打印 机等 • 几年或十几年（没有相应标准 可遵循）
ANSI/TIA/EIA 568-B
术语
• CD = Campus Distributor • BD = Building Distributor • FD = Floor Distributor • MD = Machine Distributor (new: Intermediate Distributor (ID)) • TO = Telecommunication Outlet • CP = Consolidation Point
工作环境
• 无振动、冲击 • 无重机械负载、无化学物质腐蚀 • 较低的抗电磁干扰能力 • EN60950
工业认证
• FCC Part 15 Class A • EN55022
• EN50121、EN50155、ATEX Zone 1&2
可用性
• 产品可用性
• 产品生命周期 • 替代产品延续性
Before and After
Miscellaneous 3%
Hardware 17% Software 7%
Support 73%
Source: Gartner Group
结构化布线
结构化布线的好处
• 简化设计 • 产品可选择余地大 • 兼容性好 • 增加可靠性 • 易于维护
结构化布线标准
ISO/IEC 11801
EN50173
Around two thirds of all failures are caused by faults in network components
3%
Application
7%
Application programs
Presentation Session Transport
12 % 8%
10 %
Aspects of Industrial Ethernet
• 工业以太网和商用以太网区别所在：
• • • •
Environment环境 Operation 运行 Maintenance 维护 Management 管理
一些统计数字
Investing in operational safety pays
TO
TO TO
Layer 4
TO
TO
TO
TO
Physical Cabling Structure
Office:
Primary Secondary Tertiary
TO
CP
CD
FO (1500m) E9...10/125 G50(62,5)/125
BD
FO (500m) E9...10/125 G50(62,5)/125
IEC/SP50 H2
Process Measurement and Control Level
Communication Trend in Industrial Environments
ControlNet
ETHERNET
IEC/SP50 H1 Profibus PA
工业通讯为什么选择以太网?
• 以太网是开放的标准. • 以太网使网络的垂直集成成为可能. • 对比现场总线，以太网提供了更大的通讯带宽以满
Abrasion（磨损） Bending（弯曲） Impact（碰撞） Tension / Stretching（拉伸） Crushing（挤压） Cutting（切断） High or low temperature（高低温） Contact with oil（油污） Exposure to UV light（暴露在紫外线照射下） Immersion in water（浸水）
• • • • •
配置简单 恢复速度快 恢复性能可靠一致 降低线缆需求 拓扑清晰
• 缺点
• 非标准化 • 但是…
• MRP
• Media Redundancy Protocol（介质冗余协议） • IEC 62439 (标准化的工业环网冗余协议)
应用案例 – 地铁
Multicasting (多播通信)
Cabling Structure Office Industry
LHale Waihona Puke yer 1CDProduction hall Primary cabling
Office building
BD
Layer 2
BD Secondary cabling
BD FD
CP
FD
(Layer 3)
MD Tertiary cabling MD MD
• 工业应用
• Producer / Consumer （生产者/消费者） • Publisher / Subscriber （发布者/订阅者）
• What is Twisted Pair Cable?
• • • • • • • •
双绞线缆采用绞和的方式以避免线缆之间的串扰 非屏蔽双绞线 半屏蔽双绞线 全屏蔽双绞线 Cat5e？ Cat6？ 单芯线？ 多芯线？
Other Considerations
可能降低线缆性能甚至是破环线缆的原因
Network operating system
Network
25 %
Data Link
35 %
Network components
Physical
Source: Datacom, Network Management Special
Total Cost of Ownership of a Network over 5 years
环境因素
• 安装方式（DIN or Rack） • 外形尺寸？固定式还是模块化？ • 工作输入电压范围 • 工作温度范围 • 无风扇散热 • 振动 • 抗电磁干扰性能 • 保护等级（IP20 – IP67) • 电路板保护涂层
Comparison - Physical
Office
• 专用网络机柜内
拓扑结构和冗余
Network Topologies – 总线型
Network Topologies – 星型
Network Topologies – 树型
Network Topologies – 带有冗余结构的树形
(Rapid) Spanning Tree – （快速）生成树
• 优点
• 标准化 • 向下兼容 (STP) • 可以组建混合型网络结构
Industrial VS Office Ethernet
Contents
• 以太网历史 • 一些统计数字 • 结构化布线 • 交换机的物理特性 • 拓扑结构和冗余 • 带宽 • 组播因素 • VLANs 虚拟局域网 • 优先级区别服务 • 故障设备的替换 • 网络管理 • 结论
Definition
连接器
• The issues
• 灰尘 / 水 • 振动
• 双绞线
• “Industrialized” RJ45 • M12
• 光纤
• M12 - MicroFX
自适应 / 自动交叉
Patch cable 1:1
• 自适应
• • • •
速度 双工模式 IEEE802.1x流量控制 双方都自适应才能自适应
使用寿命
• 风扇散热
• 备件更换：3年 • 电源(220VAC) • 良好（机房恒温，恒湿）
• 无风扇散热
• 备件更换：10年 • 冗余的电源(24/48VDC，110/220VAC等) • 普通或宽温(-40°- +70/+85°) • 有具体的抗振动、抗冲击要求 • 牢固的重机械负载设计、防某些 化学物质腐蚀 • 较强的抗电磁干扰能力 • Cul508/1604 Class 1 Div 2 • IEC61850-3 IEEE1613、KEMA
消息类型
• Unicast（单播） – 目的地终端唯一
• Broadcast（广播） - 子网中的所有终端
• Multicast（组播） - 一组终端
为什么使用组播?
• 可以在不增加发送源负担的条件下发送数据给多个接收方 • 节省带宽资源
• 实时性好
组播的应用场合?
• 一般应用
• • • •
Video Conferencing（视频会议） Video Surveillance（视频监控） Software Distribution（软件分发如病毒库更新等） …
交换机的物理特性
Physical Characteristics
• 没有“标准的”工业以太网交换机 • 物理特性需与PLC保持一致 • 网络设备不能成为最薄弱的环节
Certifications
• • • •
Marine Substation Transportation ATEX Zone 2
PIN
PIN
1 2 3 6 4 5 7 8
1 2 3 6 4 5 7 8
• 自动交叉
• MDI, MDI-X • 自动校准发送和接受线对 • 一般必须在自适应功能开启情 况下使用（赫思曼交换机则可 以单独开启）
Crossover cable
PIN PIN
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
Network Topologies – 环型
HIRSCHMANN
HR C M N I S HA N
工业以太网交换机和商业以太网交换机的区别
工业以太网交换机和商业以太网交换机的区别
性能方面，工业以太网交换机和普通交换机没有太大区别。
从网络层面来看，有第2层交换机，当然还有三层交换机。
工业以太网交换机在产品设计和组件选择上非常讲究。
它用于工业领域，在机械、气候、电磁等恶劣环境下仍能正常工作。
因此，它经常被广泛应用于恶劣的工业生产场景中。
我来告诉你工业以太网交换机和普通交换机的区别。
1.元器件
工业以太网交换机组件的选择要求较高，可以更好的满足工业生产现场的需求。
2.机械环境
工业以太网交换机能更好的适应恶劣的机械环境，包括耐振动、耐冲击、耐腐蚀、防尘、防水。
3.气候环境
工业以太网交换机可以更好地适应恶劣的气候环境，包括温度和湿度。
4.电磁环境
工业以太网交换机抗电磁干扰能力强。
5.工作电压
工业以太网交换机的工作电压范围较宽，而普通交换机的电压要求较高。
6.电源设计
普通交换机基本都是单电源，工业交换机一般都是双电源互为备份。
7.安装方式
工业以太网交换机可以通过DIN导轨和机架安装，普通交换机一般通过机架和台
式机安装。
8.散热方式
工业以太网交换机一般采用无风扇外壳散热，普通交换机采用风扇散热。
以太网和工业以太网有什么区别？EthernetVsIndustrialEthernet
以太网和工业以太网有什么区别？EthernetVsIndustrialEthernet工业以太网系统必须比办公室以太网更强大。
以太网，特别是工业以太网，最近已成为制造业中流行的行业术语。
虽然相似，但它们都提供不同的特性和好处。
本文将探讨以太网和工业以太网是什么以及它们之间的区别。
什么是以太网？以太网最初是在1970 年代开发的，后来被标准化为IEEE 802.3。
以太网是 IEEE 802.3 所涵盖的局域网 (LAN) 产品组，IEEE 802.3 是一组电气和电子工程师协会(IEEE) 标准，定义了有线以太网媒体访问控制的物理层和数据链路层。
1 这些标准还描述了配置以太网的规则以及网络元素如何相互协作。
2以太网允许计算机通过一个网络进行连接——没有它，当今现代世界的设备之间的通信将是不可能的。
以太网是电线和电缆系统的全球标准，用于通过组织的单一网络连接多台计算机、设备、机器等，以便所有计算机可以相互通信。
以太网最初是一根电缆，使多个设备可以连接到一个网络上。
现在，可以根据需要将以太网网络扩展到新设备。
以太网现在是世界上最流行和使用最广泛的网络技术。
3工业以太网的工作原理图1. 工业环境需要这种先进技术，以确保正确发送和接收特定的制造数据。
如果使用瓶子灌装厂的示例，工业以太网自动化技术能够通过网络发送灌装数据，以确保瓶子按预期灌装。
使用以太网时，数据流被分成较短的片段或帧——每个片段都包含特定的信息，例如数据的来源和目的地。
为了让网络根据需要接受和发送数据，此类数据是必要的。
以太网技术的其他术语包括：•介质：在现代以太网技术中，介质是以太网设备连接的双绞线或光纤电缆，为数据传输提供路径•分段：单个共享媒体。
•节点：连接到段的设备。
标准以太网能够以 10 Mbps 到 100 Mbps 的速度发送数据。
千兆以太网是IEEE 802.3 标准下使用的一个术语，用于描述以1 Gbps 的速率传输的以太网速度。
工业以太网介绍
图像处理器 视频解码器
视频服 务器
磁盘阵列
接入交换机
主井井口 房变电所
通风机房 配电室
副井提 升机房
生活及办公 区变电站 主井
井下主 变电所
盘区胶带 机变电所
井上 井下
主厂房
副井
准备车间
主排水泵 房变电所
南北翼大巷胶 带机 变电所
集控室
压滤车间
普通装车站
专门针对工业自动化实时可靠性而从传统以太网变异 出的厂家私有环路冗余协议。
1、STP及RSTP
STP(Spanning Tree Protocol)，是作为一个链路层协 议(IEEE 802.1D)存在的，提供路径冗余和阻止网络循环 发生。它做法是强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。 如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径 重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s之间。 RSTP(快速生成树算法，IEEE 802.1w)作为STP的升级， 将网络中断恢复时间，缩短到1-2s。STP网络结构灵活， 但存在恢复速度慢的缺点。在很多的工业环境中并不适 用。
1、安装和连接 商用以太网
工业以太网
• 专用网络机柜内
• 连接标准的台式机\ 工作站\打印机等
•RJ45接口
• 现场安装（控制柜内或直 接安装于自动化设备上，环 境恶劣，某些场合甚至要求 满足IP67防护等级）
• DB9，航空插座等
2、使用寿命
商用以太网
• 几年或十几年（没 有相应标准可遵循） • 风扇散热 • 备件更换：3年 • 电源(220VAC)
5、冗余要求
商用以太网
•一般没有冗余或 仅仅有核心冗余
工业以太网 •多种冗余方式的结合
ethernet和ethercat通俗理解
ethernet和ethercat通俗理解以太网（Ethernet）和以太网通信总线（EtherCAT）是两种常见的网络通信技术。
它们在工业自动化领域和计算机网络中扮演着重要的角色。
虽然它们的名称相似，但它们在功能和应用方面有着明显的区别。
本文将以通俗易懂的方式解释以太网和EtherCAT的概念和工作原理。
以太网是一种用于局域网（LAN）的常见网络通信技术。
它是一种基于包交换的协议，广泛应用于家庭、办公室和企业网络中。
以太网使用的是一种称为CSMA/CD（载波侦听多路访问/碰撞检测）的协议，它允许多个设备共享同一网络介质。
这意味着多个设备可以同时发送和接收数据，而不会发生碰撞。
以太网的数据传输速度可以达到几千兆比特每秒（Gbps），这使得它成为处理大量数据的理想选择。
以太网通信总线（EtherCAT）是一种用于实时控制系统的网络通信技术。
它是由贝加莱公司（Beckhoff）在2003年推出的。
EtherCAT的特点是高实时性和低延迟。
它使用了一种分布式时钟同步方法，允许多个从站（设备）通过一个环形总线进行通信。
这种总线拓扑结构使得EtherCAT可以在微秒级的时间范围内实现高速数据交换。
EtherCAT还具有扩展性和灵活性，可以与各种不同的领域总线和协议进行集成。
以太网和EtherCAT在应用领域上也有所不同。
以太网主要应用于数据传输和通信领域，包括互联网、局域网、广域网等。
它被广泛用于连接计算机、服务器、路由器和其他网络设备。
以太网在家庭和办公室中也用于连接各种智能设备，如电视、电脑、手机和智能家居设备。
以太网的应用范围非常广泛，几乎涵盖了各个领域。
与之相比，EtherCAT主要用于工业自动化领域。
它被广泛应用于自动化控制系统、机器人、工业机械和过程控制等领域。
EtherCAT的实时性和低延迟使得它非常适合用于高速数据交换和实时控制。
通过使用EtherCAT，工业设备可以高效地通信和协同工作，提高生产效率和质量。
办公以太网和工业以太网的区别汇总
TO
TO TO
Layer 4
TO
TO
TO
TO
Physical Cabling Structure
Office:
Primary Secondary Tertiary
TO
CP
CD
FO (1500m) E9...10/125 G50(62,5)/125
BD
FO (500m) E9...10/125 G50(62,5)/125
Industrial VS Office Ethernet
Contents
• 以太网历史 • 一些统计数字 • 结构化布线 • 交换机的物理特性 • 拓扑结构和冗余 • 带宽 • 组播因素 • VLANs 虚拟局域网 • 优先级区别服务 • 故障设备的替换 • 网络管理 • 结论
Definition
Around two thirds of all failures are caused by faults in network components
3%
Application
7%
Application programs
Presentation Session Transport
12 % 8%
10 %
Abrasion（磨损） Bending（弯曲） Impact（碰撞） Tension / Stretching（拉伸） Crushing（挤压） Cutting（切断） High or low temperature（高低温） Contact with oil（油污） Exposure to UV light（暴露在紫外线照射下） Immersion in water（浸水）
Network Topologies – 环型
以太网、工业以太网及PROFINET的区别
以太网、工业以太网及PROFINET的区别
以太网、工业以太网及PROFINET的区别
Q: 以太网、工业以太网及Profinet有什么区别？
A: 以太网(Ethernet)通常指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当前应用最普遍的局域网技术。
它不是一种具体的网络，是一种技术规范。
该标准主要定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法等内容。
工业以太网通常是指应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与普通以太网技术相兼容，但对具体产品和应用都有不同要求。
由于产品要在工业现场使用，对产品的材料、强度、适用性、可互操作性、可靠性、抗干扰性等有较高要求；而且工业以太网是面向工业生产控制的，对数据的实时性、确定性、可靠性等有极高的要求。
Profinet 由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是基于工业以太网技术的自动化总线标准。
PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的内容。
简单的说，以太网是一种局域网规范，工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，Profinet是一种在工业以太网上运行的实时技术规范。
图 1 关系图。
以太网与工业以太网的区别
以太网与工业以太网的区别
1、以太网一般用在的办公室及其类似环境中。
办公室以太网是为基本级别设计的，而工业以太网可以考虑多个级别，并可在较差重的环境中使用。
2、工业以太网更适合处理工厂噪音、工厂流程和更恶劣的环境，甚至可以更好地响应工厂车间的数据冲突。
3、工业以太网技术中的电缆和连接器也可能有所不同。
例如，工业环境中使用的连接器不会像实时自动化中报告的那样成为基本的锁定机构。
由于环境恶劣，需要更重的锁定机构。
在重型应用中通常需要密封连接器。
4、商业或办公室以太网与工业以太网之间的布线也可以不同。
轻型工业电缆可以比传统以太网电缆具有更高的质量。
重型电缆周围使用的护套和金属也提高了质量，使它们更耐用。
5、工业以太网在物理上满足下列条件
以太网设备必须能够承受电磁干扰/射频干扰、冲击、振动、灰尘、水以及化学和气体的暴露。
为设备不停机，经常使用双电源连接。
交换机发生故障利用干接点来设置各种警报。
为降低了设备的平均故障间隔时间不使用风扇进行冷却。
利用外壳作为散热器，还可以用在爆炸性环境中。
这些是普通以太网交换机所没有的。
由于上述原因，工业额定通信设备的成本通常比同类商业产品更高。
通过将冗余功能与高质量组件相结合，工业额定设备能够承受最极端的环境，从而实现工厂内外的无缝通信。
常用以太网为何不能直接运用于工业以太网
常用以太网为何不能直接运用于工业以太网工业以太网的要求相比常用以太网要高得多，一般来说常用以太网不能直接运用于工业以太网，这是为什么呢?由于以太网是以办公自动化为目标设计的，并不完全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，但是，要使以太网符合工艺上的要求，有以下五个原因：一、通信非实时性在工业控制系统中，实时可定义为系统对某事件的反应时间的可测性。
也就是说，在一个事件发生后，系统必须在一个可以准确预见的时间范围内做出反映。
然而，工业上对数据的传递的实时性要求十分严格，往往数据的更新是在数十ms内完成的。
而同样由于以太网存在的CSMA/CD机制，当发生冲突的时候，就得重发数据，最多可以尝试16次之多。
很明显这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。
而且一但出现掉线，那怕是仅仅几秒种的时间，就有可能造成整个生产的停止甚至是设备，人身安全事故。
二、通信的非确定性工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求，即信号传输要足够快和满足信号的确定性。
实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。
由于以太网采用CSMA/CD方式，网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求，故传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求，一直被视为“非确定性”的网络。
三、常用以太网不具备高稳定性与可靠性传统的以太网在设计之初并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的恶劣的工况，严重的线间干扰以及机械、气候、尘埃等条件的恶劣，而且以太网的抗干扰(EMI)性能非常差，应用于危险场合时，不具备本质安全性能;因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。
同时在生产环境中工业网络必须具备较好的可靠性，可恢复性，以及可维护性。
即保证一个网络系统中任何组件发生故障时，不会导致应用程序，操作系统，甚至网络系统的崩溃和瘫痪。
工业以太网
以太网以太网已经被广泛用于办公室和家庭网络的通信系统中。
它的高带宽可以软实时地发送大的数据包以及日益增加的办公室之间通信所需的信息，包括流视频、视频会议和展示，从而使得这种网络基础架构成为办公室环境的理想选择。
同时，万维网的指数式增长也增加了信息的稳定性和数量，使得更快的下载速度成为数据采集的必需。
以太网用来将电脑连接到局域网(LAN)，而通过局域网，电脑可以和互联网、打印机、主机或服务器以及其它电脑相连。
由于以太网在办公室环境里的流行，以及其在LAN里众所周知的速度优势，工厂也开始采用工业以太网，以期能够连接整个工厂里的所有操作。
但问题是办公室环境的需求和工厂车间的需求是截然不同的。
正如前文所述，办公室需要的是大量数据，而时间不是一个关键因素。
但是工厂里却需要在特定的时间能够发送很多数据包，从而用在控制系统中。
由于潜伏和抖动的原因，传统的以太网协议不能满足回路应用的确定性要求。
潜伏是指需要信息的时间和收到信息的时间之间的间隔，而抖动则是指数据包抵达时间之间的差异，是由两个数据源在同样的时间间隔内发送数据时的数据冲突而造成的。
此时，两个设备都要等待一段时间然后重新发送。
在办公室环境里这是无关紧要的，因为抖动仅持续一毫秒，而用户几乎感觉不到。
但是在工厂里，数据的发收在更快的操作速度下运行，因此要求实现抖动不到一微秒的同步状态。
目前的办公室所用的协议，例如HTML和http，都不能达到这个要求，因此人们一直在设计能够运用于工厂环境的协议。
以太网物理层通信系统的OSI(开放系统互联)参考模式将通信网络分成7个层(如图1所示)。
从第1到第4层是较低层，适用于网络，而第5到第7层则是较高的应用层。
图1 通信网络7层数据在发送设备的第7层开始发送，在发送过程中不断收集地址信息，直到到第1层成为一个标准数据框(如图2)。
由于以太网是一种逻辑总线，信息会通过网络被发送给所有设备，但是只有接收设备的地址和讯息中的地址相匹配时，或者当信息被发送给所有地址时，信息才能被接收(注：取地址这一环节是在以太网第3层进行的，而不是第1和第2层)。
【推荐下载】工业以太网系列之商用以太网和工业以太网的区别
张小只智能机械工业网张小只机械知识库工业以太网系列之商用以太网和工业以太网的区别 由于商用以太网是以办公自动化为目标设计的，并不完全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4个区别。
(一)通信的非确定性工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求，即信号传输要足够快和满足信号的确定性。
实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。
由于以太网采用CSMA/CD方式，网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求，故传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求，一直被视为非确定性的网络。
(二)通信非实时性在工业控制系统中,实时可定义为系统对某事件的反应时间的可测性。
也就是说，在一个事件发生后，系统必须在一个可以准确预见的时间范围内做出反映。
然而，工业上对数据的传递的实时性要求十分严格，往往数据的更新是在数十ms内完成的。
而同样由于以太网存在的CSMA/CD机制，当发生冲突的时候，就得重发数据，最多可以尝试16次之多。
很明显这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。
而且一但出现掉线，那怕是仅仅几秒种的时间，就有可能造成整个生产的停止甚至是设备，人身安全事故。
(三)商用以太网不具备高稳定性与可靠性传统的以太网在设计之初并不是为工业应用而设计的，没有考虑工业现场环境的恶劣的工况，严重的线间干扰以及机械、气候、尘埃等条件的恶劣，而且以太网的抗干扰(EMI)性能非常差，应用于危险场合时，不具备本质安全性能。
因此对设备的工业可靠性提出了更高的要求。
同时在生产环境中工业网络必须具备较好的可靠性，可恢复性，以及可维护性。
即保证一个网络系统中任何组件发生故障时，不会导致应用程序，操作系统，甚至网络系统的崩溃和瘫。