深入剖析工业自动化中的强大通信工具 TCP Modbus 工业以太网与 (深入剖析工业化的原因)

以太网是一种局域网,早期标准为 IEEE 802.3,数据链路层使用 CSMA/CD,10 Mb/s 速度物理层有:

  • 10Base5 粗同轴电缆,RG-8,一段最长为 500m
  • 10Base2 细同轴电缆,RG-58,一段最长为 185m
  • 10BaseT 双绞线,UTP 或 STP,一段最长为 100m

快速以太网为 100 Mb/s,标准为 802.3a,介质为 100BaseTx 双绞线、100BaseFx 光纤。目前 10/100M 以太网使用最为普遍,很多企事业用户已实现 100M 到以太网桌面,确实体验到高速冲浪的快感,另外从距离而言,非屏蔽双绞线(UTP)为 100m,多模光纤可达 2~3km,单模光纤可大于 100km。

千兆以太网 1000 Mb/s 为 802.3z/802.3ab,万兆以太网 10 Gb/s 为 802.3ae,将为新一轮以太网的发展带来新的机遇与冲击。

什么是工业以太网?

技术上,它与 IEEE 802.3 兼容,故从逻辑上可把商用网和工业网看成是一个以太网,而用户可根据现场情况,灵活装配自己的网络部件,但从工业环境的恶劣和抗干扰的要求,设计者希望采用市场上可找到的以太网芯片和媒介,兼顾考虑下述工业现场的特殊要求:

  • 首先要考虑高温、潮湿、振动
  • 对工业抗电磁干扰和抗辐射有一定要求,如满足 EN50081-2、EN50082-2 标准,而办公室级别的产品未经这些工业标准测试
表 1. 一些常用工业标准
标准 描述
IEC 61131-2 可编程逻辑控制器
IEC 61158 现场总线
EN 50081-2 电磁干扰 (EMI) 抗扰度
EN 50082-2 电磁辐射

为改善抗干扰性和降低辐射,工业以太网产品多使用多层线路板或双面电路板,且外壳采用金属如铸铝屏蔽干扰;三是电源要求,因集线器、交换机、收发器多为有源部件,而现场电源的品质又较差,故常采用双路直流电或交流电为其供电,另外考虑方便安装,工业以太网产品多数使用 DIN 导轨或面板安装;四是通信介质选择,在办公室环境下多数配线使用 UTP,而在工业环境下推荐用户使用 STP(带屏蔽双绞线)和光纤。

Modbus 是开放协议,IANA(Internet Assigned Numbers Authority, 互联网编号分配管理机构)给 Modbus 协议赋予 TCP 端口 502,Modbus 协议可免费从 www.Modbus.org 得到。Modbus 是标准协议,它已提交给 IETF(Internet Engineering Task

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