什么是以太网和工业以太网？

通过使用以太网作为通用通信协议，在云端与每个传感器之间使用统一通信协议标准的愿景正在浮现 — 而 IIoT 正在逐渐变成现实。

但是，什么是以太网，其发展背景是怎样的，以太网在工业中的使用有哪些特点。请在以下段落中了解有关以太网的更多信息。 

起点 — 从夏威夷到全世界

20 世纪 70 年代初，世界上第一个无线电 数据网络 ALOHAnet 在夏威夷群岛诞生。1970 年，檀香山大学教授 Norman Abramson 正在寻找一种廉价的通信解决方案， 满足这所大学设于邻近岛屿上的各个分支地点之间的通信需求。

这个新诞生的协议 — 通过两个频带随机发射数据包以避免冲突 — 构成了后来成为以太网的基础。那时，很少有人能想象到，这个被称为 ALOHAnet 的开发成果有一天会成为国际工业生产通信的基础。今天，如果没有无处不在的以太网，工业生产将无法想象。自动化环境中的数据传输要求 稳步提高，而且也在安装的以太网节点数量中得到反映。如今，以太网及其工业以太网变体已成为 工业工厂中使用最广泛的通信标准，而且这一趋势还在继续上升。这使得拥有可靠接口和布线基础设施变得更加重要。

IoT — 物联网 — 描述的是虚拟 与真实物体的联网，目的是使用信息 和通信技术使它们交互。我们日常生活中的物体获得了数字化能力，因此变成也 能够加入数字化网络的真实物体。此过程也发生在工业应用中，它被称作工业物联网 (IIoT)。

越来越多的工业元件也要求超来超智能。但是，它们不再像以前那样局限于公司内部网络的上层。近年来，以太网协议越来越多地连接到云端系统，而现场层面也开始发生一些变化。这些变化包括，单对以太网（简称 SPE）成为新的“物理层”，覆盖了将以太网直接引入传感器的最后一英里。

数据的收集、评估和使用增多，催生了强大的基础设施的需求。同时，人们期望这种基础设施占据更少的空间并使用更少的资源。随着越来越多的传感器加入网络，带宽需求不断增加，如何提升效率成为这里的关键。而新的硬件技术迫在眉睫。

自动化和 IT 融合

同时，自动化环境继续与之 前独立的 IT 世界相结合。其主旨是以实用的方式处理公司所有 领域的更高数据速率，并在 巧妙的算法中使用这些数据。自动化的目标一直是提高灵活性和生产力。通过将所有工业机器相互连接并与 IT 连接，使得从机器获得的数据能实现可视化， 同时还可以使用智能评估进行预测。我需要在哪里调整我的流程？优化潜力隐藏在哪里？

IT 支持的数据评估为优化开辟了 全新的可能性。现场层面的数字化也带来了以前无法想象的全新商业模式或服务。按零件付费的模型或基于软件的机械附加功能激活只是其中两个例子。

除此之外，工厂的运营商还可以在全球范围内密切关注他们的流程。在所有这些发展中，以太网协议都是实现这种融合的统一语言。很明显，在每个细节上持续进行这种融合是多么重要。从云端到传感器的以太网 — 这就是实现真正 IIoT 的方式。从模拟系统和现场总线向 以太网协议的发展经常出现在 HMS Industrial Network 每年发布的研究中。这些研究显示了工业网络中新通信节点的市场分布。虽然以太网协议在五年前的 2016 年总体份额为 38%，但到了 2021 年，这一比例已增至 65%。与此同时，现场总线系统的总体份额则缩减了 30%。

在所有业务领域使用统一协议的趋势有增无减。但这对您的 基础架构和接口选择有何影响呢？哪种 连接器适用于哪种 应用呢？在哪些情况下必须使用工业级解决方案呢？哪些解决方案现在是完美选择，但未来可能会过时呢？

铜 (Cuprum) 源自希腊语 Cyprium，意思是“来自希腊塞浦路斯岛的矿石”。 根据传统，这是它最初被提取出来的地方，也是它得名的地方。作为一种数量充足的优质电导体，它是各种电流传输的设定标准。

以太网的数据电缆也是如此。几十年来，人们在传输速率方面制定了在以前被认为几乎不可能实现的新标准。线对的巧妙绞合和高效屏蔽概念目前使高达 40 Gbit/s 的传输速率成为可能，而且符合 Cat.8.1/8.2 标准。您在这里找到的四对绞合铜线，累计共有八根线在传输数据。这将数据流分成几个路径。前面提到的绞合和屏蔽使高频成为可能，但是目前可能的频率正在或已经耗尽。单对以太网的最新发展在该领域开辟了新的天地，但将在稍后详细介绍。

替代通信介质

人们一再表示，在可预见的未来，铜作为一种通信介质将被替代传输选项所取代。但铜真的会失去其现有的地位，还是将 成为所有 IIoT 计划的基础？电气传输是所有基于铜的 解决方案的共同因素。这对可用频率和传输长度设置了物理限制。以 1/10/25/40 Gbit/s 速率传输 100 米是铜缆以太网的已知极限。

为了规避传输速率和传输长度方面的这一限制，也为了将移动系统 与以太网连接起来， 光纤导体现在与无线电系统一样被广泛使用。多年来，光纤和 WLAN 一直被认为是超越传统电缆的未来通信介质。但真的如此吗？

不可否认的是：使用光纤电缆，可以在数公里的距离范围内实现高速率数据传输，并且无需通过复杂的屏蔽来控制 EMC。WLAN 将千兆位传输与独立于固定布线的移动能力相结合。如果我已经安装了 WLAN 接入点，新设备可以快速无线连接。然而，在此之前，接入点的安装成本很高，而且还必须有电缆连接。不幸的是，用户在使用这些 技术时必须接受一些不得不考虑 的缺点。光纤必须在非常干净的条件下连接，以避免由于 污染导致信号衰减。同样，除了数据之外，光纤不能传输任何电源电压。设备仍然需要额外的铜缆来连接电源。

对于 WLAN 设备也是如此。移动解决方案通常依赖可充电电池或通过铜线连接的电源，这最终抵消了移动优势。另一个问题是可充电电池会给环境造成不良影响，而这一点在今天越来越受关注。此外，还必须考虑许多其他问题： 实时传输并不能完全保证，而且数据 速率会根据接收设备的位置和数量而降低。我的数据在无线传输时的安全程度如何， 敏感区域的辐射风险程度如何？在经典铜缆中，这些问题都可以安全 地忽略不计。四线或八线以太网通过以太网供电 (PoE) 为设备提供高达 100 瓦的电源，并且在许多情况下不需要额外电源。如果应用允许，则始终应首选单电缆解决方案。这一特点在狭小的现场层条件下尤为明显。在 IIoT 的发展过程中，越来越多的智能传感器和其他参与者被重新安置到机器中，并需要节省空间的数据和电力供应。一个新的发展.

选择正确以太网接口的三个步骤

1. 需要什么样的速率？

应用需要什么样的数据速率。是否快速以太网就已足够？还是需要千兆以太网？这使得必须设计连接技术和适用于快速以太网（高达100 Mbit/s）的两对线缆或适用于千兆以太网的四对线缆。

示例：
符合 PROFINET 标准的紧凑型视觉传感器

这些视觉传感器提供高分辨率图像，因此数据接口必须针对千兆以太网进行设计。此外还要考虑如何实现坚固性和狭小安装空间。ix-Industrial® 接口适用于简单的 IP20 应用或使用 M12 X 编码作为防水防尘的 IP65/67 接口。这两个接口还 符合 PROFINET 标准。

2. 环境要求是什么？

该应用应该在哪种环境下使用？下面的 环境要求与设计选择相关，应考虑 以下要求：
•防护等级（IP20 或 IP65/67）
•温度范围
•抗冲击和振动
•耐气候性和可能的耐化学性

示例：
汽车制造中机器人的数据接口

在这种环境中，需要非常坚固且易于更换的接口， 因为机器人快速移动引起的永久弯曲和扭转应力会使电缆组件在其使用寿命期间磨损。金属版本的 Han® PushPull V14接口 非常适合这一点。由于采用 PushPull 锁定机制，电缆包可以快速更换，从而最大限度地减少停机时间。此外，此设计可用于 RJ45 或光纤接口以及信号和电源。换句话说，这使其成为数据、电源和信号生命线的理想接口。此外，该接口还符合 AIDA 和 PROFINET 标准。

应用领域是什么？

设备将在哪些哪些应用中使用？是否有来自用户组织的规范，例如有关 PROFINET 的 PNO、有关 Ethernet/IP 的 ODVA、有关 EtherCAT 的 ETG、有关 Varan 的 VNO 等？这些考虑因素通常也会导致需要选择标准化的以太网接口。设备的可用尺寸和应用中的可用安装空间也会具有影响。

示例：
机械和设备工程

在这一领域，极其坚固的 Han® 连接器是衡量一切的标准，无论是 Han® 3A、Han-Modular® 还是在其他设计中，例如用于食品和饮料行业的 Han® F&B，都有 RJ45 或 M12 D 或 X 编码设计，也可用于不同的工业以太网协议。