2007年12月，IEC出版了IEC61158現(xiàn)場總線第四版國際標準，包括EPA實時以太網(wǎng)在內(nèi)的9種類型的工業(yè)以太網(wǎng)進入新版標準。它標志著工業(yè)以太網(wǎng)技術成為與現(xiàn)場總線技術并列的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡通信解決方案。由于以太網(wǎng)技術標準開放性好，應用廣泛，使用透明、統(tǒng)一的通訊協(xié)議，以太網(wǎng)將成為工業(yè)控制領域唯一的統(tǒng)一通信標準。工業(yè)以太網(wǎng)為機器與機器之間的

數(shù)據(jù)通信提供了統(tǒng)一的網(wǎng)絡平臺，是未來物聯(lián)網(wǎng)的重要網(wǎng)絡基礎。工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)都符合OSI模型，但針對工業(yè)控制實時性、高可靠性的要求，工業(yè)以太網(wǎng)在鏈路層、網(wǎng)絡層增加了不同的功能模塊，在物理層增加了電磁兼容性設計，解決了通信實時性、網(wǎng)絡安全性、抗強電磁干擾等技術問題。目前工業(yè)以太網(wǎng)已逐步應用于電力、交通、冶金、煤炭、石油化工等工業(yè)領域中。作為新興產(chǎn)業(yè)，全球工業(yè)以太網(wǎng)行業(yè)目前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的導入期，最近十年的增長速度遠高于互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)場總線的增長速度。

此外，工業(yè)以太網(wǎng)應用還有著下面一些問題需要我們注意：

布線問題

和所有網(wǎng)絡一樣，電纜的優(yōu)劣直接影響工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)劣。而且除了高電磁干擾(EMI)，工業(yè)環(huán)境中還經(jīng)常有某種等級的溫度、粉塵、濕度以及其他在家庭和辦公環(huán)境中不常見的影響因素。

所以，如何選擇電纜？在辦公室內(nèi)，商業(yè)等級的電纜，例如5類電纜，比較適合于10MB的網(wǎng)絡，而5e類電纜適合于100MB網(wǎng)絡。根據(jù)ANSI/TIA-1005標準所述，6類電纜或者更好的電纜可以用于工業(yè)環(huán)境中的主機或者設備連接。6類電纜能夠在100米的范圍內(nèi)實現(xiàn)1GB網(wǎng)絡，55米范圍內(nèi)實現(xiàn)10GB網(wǎng)絡。6e類電纜可以在100米范圍內(nèi)實現(xiàn)10GB網(wǎng)絡。

相比于5類電纜和5e類電纜，6類電纜不易受串擾和外部EMI噪聲影響。工業(yè)以太網(wǎng)電纜的設計能夠抵御更加嚴酷的工業(yè)環(huán)境對電纜的物理侵蝕。在安裝6類電纜時，確保RJ45接口和插座也能夠達到6類等級。最好的使用方法是，短距離布線時，使用預先做好的接插電纜，并在工廠內(nèi)安裝連接器。長距離布線時使用插座。

電纜、屏蔽、接地回路

一些應用場合需要做屏蔽，但是如果屏蔽電纜安裝不當，那么會適得其反。

當超出保護套管時，屏蔽以太網(wǎng)電纜在EMI環(huán)境中的性能更好。良好的接地是使用屏蔽電纜的關鍵。一個接地參考點是關鍵中的關鍵。多個接地連接會形成接地回路，不同接地連接處電勢的不同會在電纜中引入噪聲。

接地回路會給你的網(wǎng)絡帶來巨大的破壞，為了解決這個問題，只在電纜的一端使用接地RJ45接口，另一端使用絕緣的RJ45接口以消除接地回路的可能性。

如果以太網(wǎng)電纜與電源電纜交叉布線，那么交叉角度頗有講究。將并列的以太網(wǎng)電纜和電源電纜相隔至少8到12英寸，如果電壓較高或者并列距離較長，那么這個間隔距離應該更大。如果以太網(wǎng)電纜在金屬溝槽或者套管內(nèi)走線，那么相鄰的溝槽或者套管必須連接在一起以實現(xiàn)電氣連續(xù)性。

大體來講，以太網(wǎng)電纜盡量遠離能夠產(chǎn)生EMI的設備，例如電機、電機控制設備、照明設備、帶電導體等。在面板上，以太網(wǎng)電纜與連接器間隔至少2英寸。當電纜遠離EMI干擾源時，遵循推薦的電纜彎曲半徑。

交換機VS.集線器

簡單地說，工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)境中不要使用集線器。集線器只不過是一個多端口的中繼器。如果集線器被排除在外的話，剩下的選擇就只有管理型交換機和非管理型交換機了。管理型的交換機更好，當然它的價格也比非管理型的交換機要貴。

網(wǎng)絡上的每一臺設備都有一個獨一無二的標識符，就是我們所說的MAC地址，這是交換機比集線器具有更優(yōu)秀的識別能力的關鍵。當交換機剛剛上電的時候，它最初的表現(xiàn)和集線器沒有區(qū)別，將所有的通訊內(nèi)容都廣播出去，但隨著網(wǎng)絡上的設備將信息在交換機的不同端口上傳輸，交換機開始監(jiān)控通訊內(nèi)容，識別出哪一個MAC地址與哪一個端口相關，然后在MAC地址表中做出標識。一旦交換機發(fā)現(xiàn)設備的MAC地址與某個特定的端口相連接，它就會監(jiān)控指向那個MAC地址的信息，然后將這些信息僅僅發(fā)送給那個特定的地址。

工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡有三種通訊類型。點對點的單播通訊、一對多的組播通訊和一點到所有節(jié)點的廣播通訊。

當交換機的MAC地址表建立完成之后，管理型交換機和非管理型交換機對單播通訊和廣播通訊的處理方式?jīng)]有什么不同。一般來說，在100MB的帶寬下，將廣播頻度控制在每秒鐘100個廣播。對于任何網(wǎng)絡來說，都會或多或少地存在廣播通訊。一個例子就是打印服務器會周期性地在網(wǎng)絡上給出廣播通知。

窺探：不僅僅是監(jiān)聽

管理型交換機和非管理型交換機的一個主要的區(qū)別就在于它們對待組播通訊的處理方式。組播通訊通常來自于搭載在工廠過程網(wǎng)絡上的智能設備，采用面向連接的基于生產(chǎn)廠商/用戶模型的技術。這種情況下的連接僅僅是網(wǎng)絡上兩個或者多個節(jié)點之間的關系。

要想能夠接收組內(nèi)信息，設備必須加入組播通訊小組，組內(nèi)所有的成員都能夠接收到數(shù)據(jù)。如果僅僅是向小組發(fā)送數(shù)據(jù)，那么你無需成為小組成員。在生產(chǎn)廠商/用戶模型中，組播通訊的主要問題就是隨著小組成員數(shù)量的增加，通訊信息呈指數(shù)地增長。此時，就需要使用管理型的交換機了。

管理型交換機能夠打開互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議(IGMP)窺探功能。它是這樣工作的，當IGMP窺探功能打開后，它會發(fā)出廣播通訊以判斷任何組播小組內(nèi)的成員。使用這些信息，加上已經(jīng)建好的MAC地址表，管理型交換機就能夠?qū)⒔M播通訊僅僅發(fā)送給組播小組內(nèi)的成員。非管理型的交換機對組播數(shù)據(jù)和廣播數(shù)據(jù)的處理方式一樣，都是將數(shù)據(jù)發(fā)送給每一個節(jié)點。

如果網(wǎng)絡使用了生產(chǎn)廠商/用戶技術或者使用了組播通訊，那么管理型交換機是物有所值的不二之選。

鏡像端口、故障排查

考慮使用管理型交換機還有很多其他原因，這種等級的交換機通常都提供故障日志功能，能夠控制每個端口的速度，具有冗余設置以及端口鏡像功能。這些額外能力能夠保證對網(wǎng)絡行為進行更加精確的控制，而且在故障排查的時候能起到非常寶貴的作用。我們知道，對于網(wǎng)絡上的某些節(jié)點，故障是無法避免的。

當網(wǎng)絡性能出現(xiàn)問題時，首先就要檢查交換機，雖然對于大多數(shù)網(wǎng)絡性能問題來說，交換機很少是問題的核心。交換機是系統(tǒng)中最可能發(fā)生問題的節(jié)點，它的工作速率通常是其他網(wǎng)絡部件工作速率的10到50倍。

雖然總有一種很好的軟件能夠幫助你對網(wǎng)絡故障問題進行排查，但是大多數(shù)這種軟件僅僅能看到廣播通訊和組播通訊。這實際上很合理，因為很多性能問題通常都源自不受限的組播通訊或者過多的廣播通訊。如果你出于某種原因需要檢查單播通訊，那么端口鏡像是唯一的途徑。

如果網(wǎng)絡上沒有組播通訊的話，那么使用非管理型的交換機也沒什么問題。在只搭載了很少設備的小型簡單網(wǎng)絡上，很多人使用非管理型的交換機。有時候也可以將這兩種類型的交換機結合使用，將一些遠程設備搭載在非管理型的交換機上，統(tǒng)一向管理型的交換機反饋。對于那些節(jié)點數(shù)量很多的網(wǎng)絡，如果成本不是一個關鍵因素，那么還是選擇管理型的交換機吧，事后想來這確實是一個明智的選擇。

此外，工業(yè)以太網(wǎng)交換機的應用領域主要集中于電力、石油天然氣、冶金等流程行業(yè)。2010年國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場中來自這三個行業(yè)的份額達到了49%。

此外，工業(yè)以太網(wǎng)技術在軌道交通和市政行業(yè)也有較為廣泛的應用，2010年來自這兩個行業(yè)的份額達到了34%。國內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)交換機市場主要集中在上述五個行業(yè)中，其市場份額之和超過80%，而電力和軌道交通這兩大行業(yè)的市場份額之和超過60%。