以太網(wǎng)已從傳統(tǒng)辦公環(huán)境傳播到各個領(lǐng)域,包括如工廠和樓宇自動化的惡劣工業(yè)環(huán)境。今天,銅纜是以太網(wǎng)最常用的選項,但光纜因其長距離能力,及電隔離接口的眾多優(yōu)點,在工業(yè)應(yīng)用中取得越來越多的成功。
數(shù)據(jù)包丟失或損壞可能會使任何網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障,但對工業(yè)總線來講,這更成問題。這些總線具備一些同步水平,以保持嚴(yán)格控制和精度。大多數(shù)工業(yè)總線使用特定的時間同步數(shù)據(jù)包通過連續(xù)和不間斷的通信實現(xiàn)同步。當(dāng)數(shù)據(jù)包未到達(dá)時,它不僅影響下移至鏈路的節(jié)點同步,而且還導(dǎo)致額外的數(shù)據(jù)包傳輸,造成數(shù)據(jù)包丟失或損壞。
緩和數(shù)據(jù)包丟失和數(shù)據(jù)包出錯的重要性需在工業(yè)環(huán)境中考慮幾個方面的內(nèi)容。用于處理輻射和傳導(dǎo)發(fā)射以及電隔離需求所出現(xiàn)的問題的技術(shù)??s短網(wǎng)絡(luò)部件之間的距離可以最大限度地減少數(shù)據(jù)包丟失和數(shù)據(jù)包出錯的概率。光纜具有固有特性,可提供新方法來應(yīng)對這些挑戰(zhàn),并解決與鏈接丟失或以太網(wǎng)物理層(PHY)損傷相關(guān)的潛在問題。
輻射/傳導(dǎo)發(fā)射
一種工業(yè)環(huán)境中可以包括各種電磁輻射源。電機和機械設(shè)備能產(chǎn)生耦合到銅纜的寄生信號,并導(dǎo)致數(shù)據(jù)包出錯。這些信號會干擾工業(yè)總線賴以生存的穩(wěn)定信息流。最壞的情況是,電纜甚至可能成為使高能量級到達(dá)PHY的路徑,導(dǎo)致鏈路發(fā)生損耗甚至損壞。
而光纜可以解決其中的一些問題。它沒有使銅纜中發(fā)生輻射的電磁特性。光纜通過塑料或玻璃傳遞光。因為銅纜的存在,不會產(chǎn)生磁場,而光纜也不容易受到功率驟增和工業(yè)環(huán)境中能量瞬變脈沖的影響。
電氣隔離
在光纖網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點之間沒有電氣連接。因此,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不能在電纜上形成不同的共模電壓電平或共模瞬變,這可能會影響數(shù)據(jù)包。若高電壓會引發(fā)安全問題,可能還需要光纖。
當(dāng)使用銅纜時,以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通常是變壓器耦合到電纜。雖然這確實具有隔離作用,但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間仍存在電氣連接。光纜通過消除任何直接的電氣路徑再添加一個隔離層。
距離
電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)802.3規(guī)范將標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)定義為可在100米的銅纜上工作。雖然對大多數(shù)應(yīng)用來講,該距離已足夠,但在數(shù)據(jù)包不出錯的條件下,對于物理銅媒介可支持的距離還有一個基本限制。正如圖1所示,5類(CAT 5)電纜的衰減條件限制了某些應(yīng)用。
圖1:電子工業(yè)聯(lián)盟/電信工業(yè)協(xié)會(EIA/TIA)5類電纜的衰減與頻率
光纖通信支持的距離要遠(yuǎn)得多。其中,銅纜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間距為數(shù)十米,而光纖網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點間離可達(dá)數(shù)百米或數(shù)千米。因此在工業(yè)應(yīng)用中,可以在樓宇之間或在連接大功率電網(wǎng)的變電站之間橋接網(wǎng)絡(luò)。
光纖通信在不久的將來將成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。它使工業(yè)以太網(wǎng)具有了一些極富吸引力的特性,能夠讓用戶在惡劣的環(huán)境和遠(yuǎn)距離條件下操作,并具有優(yōu)良的電絕緣特性。
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審核編輯:何安
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