交換機、路由器、集線器、網關、連接器和其它以太網硬件已經被強化，以適應嚴酷的工業環境要求

業以太網硬件可以無需外殼直接使用于廠區和車間內，這意味著更短的電纜和更簡單的分布式結構（而不是集中式結構），以及比商用交換機、路由器、集線器和連接器更高的可靠性。符合工業等級（NEMA 4x或者IP67及更高等級）的以太網硬件意味著設備可以在-40-85℃的極端溫度下工作，即使在液體和粉塵環境下，也可以保持可靠性能長達幾年，而不僅僅是幾個月。

商用以太網設備難以可靠地安裝和冷卻，所以不能確保穩定性。除此之外，工業設計的高投入可以減少平均故障時間，組織流程中斷或數據流失。這要依賴于具體應用。例如Cisco Systems Inc.公司在網絡應用領域很著名，它意識到了工業環境將給硬件設備帶來嚴峻的考驗。Cisco和Honeywell以及Rockwell Automation達成了共識，后兩家公司對于客戶對過程和離散制造則有更好的理解。

工業包裝

Opto 22 公司的高級技術顧問Tom Edwards承認，外殼的作用很重要。Edwards認為，安裝主要就是“使以太網硬件適應于工業環境…大多數現有儀器如果能夠對通常的沖擊和摩擦作保護的話，是可以應用于工業環境的。大多數工業設備的額外花費來自于防止損壞的包裝以及如何放入19英寸的貨架里。”

Tyco Electronics公司的產品經理Greg Paukert說，為了確保以太網設備可以使用于工業領域，需要使用耐沖擊的塑料和橡膠材料，“耐化學和水腐蝕的密封圈可以使產品的使用壽命達到10-20年?！盤aukert補充道：“可以使用正向連鎖系統確保內部連接完全咬合?！?

AutomationDirect公司的通訊產品經理Chris Harris說，當人們提及工業等級時，會認為工業等級意味著硬件工作在最惡劣的環境中，實際上以太網的工業化有很多標準。

Harris說：“工業硬件即使在極端溫度、浪涌（IEEE-472）、振動（IEC68-2-6）HE 危險區域中[UL1604，CSA C22.2/213（Class 1，Div.2）]也應該能正常運行”

圖1：Lantronix Xport嵌入式網絡模塊為Animatics智能馬達提供強有力的以太網連接

圖2：Moxa的產品EDS-518A系列－工業16＋2G接口Gbit級網管型冗余以太網交換機

Moxa Technologies Inc.公司的國內產品銷售經理Eddie Lee說：“設計上的差異意味著通常同等級的工業以太網交換機比辦公室用的交換機強2到3倍。”Lee說，Class1,Div.2 等級的工業以太網交換機允許使用于存在易燃氣體或粉塵的危險區域內，例如油氣倉庫、半導體車間、紙漿和造紙廠等。

Schneider Electric North America公司的自動化產品經理Richard Hutton認為，交換機暴露于危險環境的頻率也會造成差異。“如果一個交換機或者電纜經常要使用，就需要更可靠的觸點或設備?！?

信號接口

Beckhoff Automation公司的I/O系統產品經理Skip Hansen解釋道：“噪聲環境可能來自于焊接、變頻驅動和感應加熱器。此處的交換機應該可以安裝在控制柜內或者獨立適用。一旦獨立使用，就需要符合IP67的外殼防護等級?！?p align="center">
圖３：Molex已經擴展了許多功能，包括商用數據傳輸、保護數據免受振動、
污染、電磁干擾以及溫度、化學品的影響

Phoenix Contact公司美國分部的自動化產品經理Larry Komarek說其他工業電噪聲來源包括螺線管、馬達和運動控制器。Komarek說：“依據IEC61000-4系列標準設計的工業以太網設備比依據EN55024和50082-1設計的商用設備的抗噪聲能力高2-3倍?！盩yco的Paukert說應該更多地使用鎧裝塑料鍍金屬容器，可以屏蔽至少20dB的噪聲。

強化的電纜

Belden公司的工業市場部經理Frank Koditek說：“不管網絡設備是分布和外露式的還是集中和內置式的，現存的商用以太網電纜和連接器強度都不夠高，無法適應自動化和控制網絡對信號傳輸性能的要求?！盞oditek警告說，在工廠里網絡組件和其電纜都有可能曝露與極端溫度、光照、溶劑、油、潮濕和化學藥劑之下。

工廠內的操作還會使他們受到過多的機械拉伸、有磨損、碾壓或者切割的危險。Koditek說：“6或者5e類的電纜可以避免那些常見的失效，包括漸進的破壞、性能降低、間歇工作以及重大故障?！?

連接器和網絡故障

Industries公司的工業商業部總經理Ed Nabrotzky說：“幾乎70%的網絡故障是由電纜和連接器的機械失效引發的。它們會被震壞、磨損、不當安裝甚至在被叉車碾壓之后繼續使用。商用電纜和塑料連接器無法承受工廠內的誤用?！敝挥袑ｉT的材料和設計技術才能生產出適用于工業環境的高強度產品。

Rockwell Automation公司的Logix/NetLinx部市場經理Brian Oulton說：“一些現有的RJ45連接器在震動測試下表現良好，其他的則不行。很多工業以太網標準也指出IP65和IP67外殼防護等級的連接器（例如M12）也適用于工業領域?！?

更嚴格的內部協議

除了強化的設備、電纜和連接器，車間里的應用還需在以太網物理層之上使用工業協議。

Lantronix公司的產品經理Brian Tutor說：“協議的選擇要依據特定位置的自動化設備。然而工業環境中最常用的協議是Modbus TCP、EtherNet/IP和Profinet協議（Control Engineering雜志2006年12月刊對工業以太網協議的使用狀況作了研究）?！币蕴W協議的強壯性包括：寬工作溫度（- 40 到 70 ℃）、耐撞擊和振動、電氣隔離和符合FM Class 1, Div. 2等級要求。

Rockwell公司的Oulton建議，工業以太網協議和連接器產品應該包括適當的誤差自檢和診斷功能，以便在故障或中斷發生的時候能夠采取相應動作。Oulton說：“舉個例子，很多協議包括自檢和確認，以確認數據及時可靠地傳送，很多I/O產品可以在通訊結束時，恢復成用戶選擇的狀態?！?

交換式以太網解決了沖突

Advantech Inc.公司的產品經理Paul Wacker說：“時下交換式以太網解決了通訊可靠性和性能上的問題。通過使用以太網交換器，網絡競爭問題（稱之為沖突）實際上已經解決了，以太網交換器可以智能地從以太設備向另一臺設備發送信息，以確保性能。10/100 Base-TX以太網通過使用電磁耦合和微分信號處理來減少由設備和外部EMI/RFI源之間地電勢差異造成的通訊干擾。如果需要進一步的防護，可以采用光纜。”

Schneider Electric公司的Hutton對工業以太網設計表示滿意，通過附加安全和冗余功能，可以保證系統正常運行。具體包括快速生成樹功能、獨立IP地址過濾技術和雙光纜電纜。

安裝和維護

Phoenix Contact公司的Komarek說，因為工業以太網正迅速成為自動控制系統的主要實時網絡，網絡基礎產品經常由廠內控制系統的支持人員來維護。Komarek 說：“軟件配置界面、連線和安裝參數必須與基于PLC/PC的控制系統相似?；贗T的系統，軟件配置是在類似DOS界面的屏幕上設置的，包括存儲模塊、診斷顯示等等工業選項，工廠員工可以直接安裝，無須再使用筆記本電腦。IT設備依靠中央控制臺來診斷系統狀態?！?

Hutton補充道：“自服式（Self-serve）設計有個好處，就是工業以太網系統的設計需要最小的維護費用、使用很簡單的工具，就像在瀏覽器里瀏覽和設置數據一樣。工廠維護人員自己足以維護和監控系統，無須IT專家的協助。"

圖5：AutomationDirect為工業應用提供Cirronet無線射頻調制解調器。
CR-SE系列以太網收發器提供寬域、高速的以太網設備之間的無線通訊

據Venture Development Corp.的研究，工業技術給世界17億美元的工業網絡基礎設施市場帶來了進一步擴展。“全球工業網絡市場智能化服務”項目使全球網絡基礎設施市場的年復合增長（CAGR）幾乎達到25%，且將會持續到2011年。

在調查中這些區域（亞太、歐洲、中東、非洲和美洲）最高的市場增長率預計會出現在亞非地區。市場調查顯示，大量資金會投入基于以太網的網絡產品中。

2006年工業以太網對亞非市場的出貨為2億9千8百萬美元。其中，76%的是以太網網絡產品，且其比例會繼續提升，到2011年總出貨預計為10億美元，其中以太網產品將占據81%。這是三個區域中最高的。VDC說，總線和網絡的使用在其他兩個區域是趨于穩定不易改變的，而以太網的比例仍有望進一步提升。www.vdc-corp.com

Moxa公司的Lee說，安裝方便也是工業化的一個原因。工業以太網交換器通常是安裝在金屬外殼內的DIN導軌或安裝版選件上，而大多數的商用交換器在不增加置物架和捆綁帶的情況下是無法便捷地安裝在控制板上的。而且，Lee補充道，工業等級的設備通常還有報警裝置，可以幫助減少停機時間。

資本和生命周期成本

有時候，人們會因為低廉的固件成本而選擇商用產品。但是對比商用產品的頻繁更換，生命周期成本可以讓工業設計更加合算。

圖8

Tyco Electronics Amp Netconnect商務單元的RJ45安全連接系統，通過模塊化的插口和插頭，在網絡節點之間的相互連接中起到關鍵作用。

Ethernet Direct公司的商業發展經理Larry Winchester說：“有資本花費限制的公司可以不用再選擇低可靠性的商用產品，很多公司是因為工業交換器的高昂費用，才使用商用交換器或不完整的工業交換器的。對比其他工業品牌，Ethernet Direct公司在不犧牲質量、可靠性和性能的前提下，已經將工業以太網產品的費用降低了超過40%?！彼a充說，在自動對比、選型、報價和下訂單的過程中，在線支持和豐富的工業以太網參考庫提供了高水平的售后支持。

工業以太網在世界范圍內擴展

據Venture Development Corp.的研究，工業技術給世界17億美元的工業網絡基礎設施市場帶來了進一步擴展。“全球工業網絡市場智能化服務”項目使全球網絡基礎設施市場的年復合增長（CAGR）幾乎達到25%，且將會持續到2011年。

在調查中這些區域（亞太、歐洲、中東、非洲和美洲）最高的市場增長率預計會出現在亞非地區。市場調查顯示，大量資金會投入基于以太網的網絡產品中。

2006年工業以太網對亞非市場的出貨為2億9千8百萬美元。其中，76%的是以太網網絡產品，且其比例會繼續提升，到2011年總出貨預計為10億美元，其中以太網產品將占據81%。這是三個區域中最高的。VDC說，總線和網絡的使用在其他兩個區域是趨于穩定不易改變的，而以太網的比例仍有望進一步提升。www.vdc-corp.com

工業以太網：交換機、集線器和網關

工業以太網產品多種多樣，有很多技術文章和描述特性的說明書。除了以下羅列的資源，更多的資源可見www.controleng.com/archive for June 2007。

8X工業集線器

B&R Industrial Automation Corp.公司的AC808以太網集線器在標準以太網或實時工業以太網Powerlink網絡中可以作為2級集線器。它使用與100MBit/s（高速以太網）和10MBit/s網絡。此集線器可以自動識別正確的傳輸速度并設置相應通道。它使用RJ45連接器。可以通過使用一個交換器來改變第一個通道的引腳分配，所以同一種電纜既可以用于集線器之間的連接也可以用于集線器和工作站之間的連接?？梢允褂脤к壦交虼怪卑惭b，或直接安裝在其側壁上。

圖：B&R以太網集線器適應數據轉換速度

以太網故障掃描，在線學習

Contemporary Control公司的技術指導詢問了查找故障時常遇到的22個問題（見www.ctrlink.com/tips）。一所獨立于供應商的工業以太網大學提供了“客觀、內容豐富的以太網教育”，特別是針對機器和工廠安轉；2000名學員再次學習部分或全部19門課程。考試是基于IEEE Std.802.3的相應的需求解決方案設計文檔（RFCs），這是免費的。

900MHz以太網調制解調器

Dataradio公司提供的HiPR-900FHSS IP/Ethernet調制解調器，工作于902-928MHz。它是高速的，無須許可證的工業IP/Ethernet，通過以太網或多個連接器，將安全的用戶數據傳輸之指定IP。未申請專利的Dataradio并行解碼技術結合空間多樣性和智能結合技術，以提高敏感度和多路徑免疫性，達到可靠的無線電連接。

更大交換機帶寬，安全軟件

GarrettCom Magnum Line 6k25e提供了以前Magnum 6K交換機8倍的帶寬，而且是可以配置的，這對電站行業、工業應用和安全很重要。DynaStar OS 7.4軟件擴展了基于MPLS（多協議標簽交換）的新一代產品的數據承載服務，使其能應用于變電站和其他分布式的工業站點。軟件擴展了安全性，將關鍵SCADA次序的優先級管理擴展為基于MPLS的服務，通過無線電監控、遠程業務分配控制和其他應用建立起一個公用的SCADA網絡。

穩定快速的以太網交換機

Uber Rugged Mach1000以太網交換器的工作溫度區間為-40 到 85 °C （-40 到 185 °F），它作為Hirschmann公司的工業以太網產品的擴展，將其應用領域從工廠和過程自動化擴展到交通管理和監控、發電站和分站點以及其他高要求的關鍵應用。新型的19英寸架裝式交換器提供有26個端口的標準組件（其中24個端口市100Mbit，2個端口是2Gbit）。這種模塊式的產品允許用戶以混合型、單一型和遠程型的方式選擇RJ45和光纖接口及其連接件。它能滿足NEMA TS-2，IEEE1613和IEC61850-3的要求，是高溫度和RFI/EMI噪聲應用場合的理想選擇。

圖：Uber Rugged Mach1000以太網交換機拓展了Hirschmann的工業以太網產品線

Gbit工業以太網交換機

N-Tron’s 7000系列Gbit工業以太網交換器應用于帶有以太網接口的工業和/或安全設備。它具有全面的IGMP監聽、VLAN、Qos、中繼、鏡像、RSTP、DHCP、SNMP、 瀏覽器管理和多視角OPC監控功能?？梢宰鳛楣饫w環路管理器，提供擴展的環路容量，細致的故障診斷和大約30ms的環路恢復時間。

EtherNet/IP 及ASCII 串口網關

ProSoft Technology EtherNet/IP ASCII 串口網關產品擁有以太網接口以及四個可配置的串口。每個接口都可以支持一個ASCII網絡。這個產品可以用在多種設備上，例如條形碼讀取器、掃描儀、量具、打印機和其他終端設備。

圖：網管轉換信號。來自Prosoft Technology的產品，通過一個以太網接
口和最多四個可配置的串口，將Ethernet/IP的信息轉化成ASCII串口通訊

工業以太網安全模塊

Siemens Energy & Automation Inc.公司的Scalance S系列工業以太網安全組件可以保護工廠網絡，使其免于數據更改、間諜、非授權進入和自動入侵。它們提供了防火墻和虛擬專用網（VPN），使得在自動化網絡上，只允許授權設備的實時和經獲準的通訊。通過使用一個軟件安全代理，可以在桌面和筆記本電腦上進行設置。公司說，薄弱的工廠網絡安全性帶來的損失仍舊是工廠工程師和現場實施人員需要考慮的主要問題。

圖：就像這個大眾汽車的工廠，工業現場可以使用工業
強化的以太網設備，無需過濾和空調外殼

10/100MBit/s以太網啟動工具包

Wago提供了Ethernet StarterKit 2，包括以太網TCP/IP 10/100MBit/s現場總線控制器和其他的基本組件。其包括數字輸入數字輸出的終端（8通道）、一個總線終端、電源模塊（24V）軟件和DVD工具和相關文件。

智能馬達與以太網的直接連接

Animatics Corp.公司的SmartMotor是一種可編程運動模塊，可以使用于從海洋到外太空的多種自動化應用中。為使其便于使用，伺服馬達集成了帶有高精度電腦控制的運動驅動器，獨立變成，低成本，小巧的緊縮設計。外部的要求僅限于電源和網絡連接。

當Animatics公司的SmartMotor需要以太網通訊，通常的硬件和軟件解決方案體積大、復雜且昂貴。而插卡式的以太網卡很簡單，因其把大部分的功能轉交給PC負責。對于此嵌入式系統，在有限的空間和預算的約束下，公司需要混合性電路板之間的隔離技術和印制板空間。

Animatics集成了Lantronix XPort嵌入式網絡組件。XPort為以太網網絡連接以壓縮包的形式提供了網絡處理器硬件和軟件，具有很短的開發時間，減少了成本和其他支出，加快了市場化進度。

為了集成此模塊，Animatics：1）在馬達后部增加了XPort。2）將其于邏輯電源和SmartMotorCPU的通用異步收發器（UART）引腳相連。3）將Lantronix提供的集成軟件驅動與PC終端軟件接口。首先，Animatics不需要SmartMotor來建立本地站點，但是隨著XPort的內遷web服務器，對于用戶來說前景是誘人且有價值的。

實際應用中，很多馬達可以在以太網網絡上同步運行，可以通過以太網信息來驅動動作或I/O更改或激活馬達內的預先編寫好的算法。一臺馬達也可以通過XPort向上方監控站報告數據，同時通過不同的網絡與其他馬達通訊。

后期增加Modbus無需花費或開發時間。

通過使用Lantronix的產品，Animatics可以著眼于開發集成伺服電機而