Сетевой протокол Ethernet хорошо известен всем. Он широко используется в офисных и коммерческих помещениях. Ethernet соединяет несколько компьютеров, принтеров и других устройств в одной сети. Это позволяет обмениваться большими объемами данных в рамках одной организации и просматривать интернет-ресурсы. Модернизация технологии расширила сферу ее применения. Проблемы возникли при попытке внедрить его в промышленную сферу. Они были связаны с протоколом TCP/IP, который обеспечивал маршрутизацию и доставку данных. Низкий уровень производительности не мог полностью охватить все программное обеспечение и приложения, используемые для автоматизации систем управления и обработки данных, а также не мог поддерживать быструю связь между всеми датчиками и контроллерами и механизмами приложений. Для удовлетворения этих потребностей был разработан революционно новый протокол Industrial Ethernet (промышленный Ethernet). Для подключения требовались специальные типы кабелей.
- Как работает обычный Ethernet
- Особенности Industrial Ethernet
- Отличие офисных сетей от промышленных
- Какие требования предъявляются к промышленным кабелям?
- О концентраторах и коммутаторах
- Как выбрать?
- Лучшие бюджетные промышленные Ethernet-кабели
- Голд Мастер UTP 5е RJ45 10 м (NA102—10M)
- Витая пара UTP4 cat.5e, одножильный Fluke test
- U/UTP Cat 5e 4х2х24AWG CCA (50м) PVC
- Лучшие промышленные Ethernet-кабели в среднем ценовом сегменте
- Cablexpert UPC-5040E-SOL/100 100 м
- Lanmaster LAN-PC45 RJ-45 (m) — RJ-45 (m) CAT6a S/FTP, 10 м, 1 шт
- UTP cat 5E ATCOM (CCA, 0.5 mm, 305 m)
- Лучшие промышленные Ethernet-кабели премиум класса
- BOOST FTP outdoor CAT.5E 24AWG 4X2X0.5mm CCA, катушка 305m
- Кабель уличный UTP4 cat.5е, RJ45
- SkyNet Premium CSP- UTP- LSZH-4- CU/100
Как работает обычный Ethernet
Изобретение датируется 1970 годом. Со временем он был преобразован в стандарты IEEE 802.3. В его основе лежит определенное количество элементов локальной сети (LAN), а их взаимосвязь описана в вышеуказанном стандарте. Кроме того, группа стандартов IEEE описывает физический и канальный уровни проводной связи Ethernet. Эти стандарты также определяют основные моменты, которые необходимо соблюдать при конфигурировании сети и подключении ее элементов друг к другу. Первоначально подключение новых устройств осуществлялось с помощью одного кабеля. Новые пользователи подключаются по мере их появления.
Поток данных делится на несколько коротких частей, называемых кадрами. Они несут информацию об источнике и получателе данных. Это обеспечивает правильное подключение к сети и прием данных.
Важные термины, связанные с Ethernet, включают:
Скорость передачи данных в стандартных сетях составляет 10 — 100 Мбит/с. Gigabit Ethernet является самым быстрым. Так называются сети, основанные на стандарте IEEE 802.3 и передающие данные со скоростью 1 Гбит/с. Ранее Gigabit Ethernet предназначался для магистральных сетей и серверов с высокой нагрузкой. Со временем разработка стала уделом домашних ПК.
Особенности Industrial Ethernet
Его основное назначение — подключение производственного оборудования. Использование протоколов промышленных сетей позволило повысить эффективность работы объекта и соединить вместе несколько различных устройств. Развитие узкополосного Ethernet было обусловлено тем, что обычный Ethernet не мог обеспечить эффективную сетевую инфраструктуру реального времени.
Неограниченный спектр приложений, они включают физический уровень, уровень контроллеров и даже MES / ERP (Manufacturing Execution System/Enterprise Resource Planning) для координации заказов и планирования производственных ресурсов.
Промышленный Ethernet должен включать большое адресное пространство для всех участников. Это стало возможным благодаря переходу на адресацию IPV6. Реализованы сети с неограниченным числом участников. Для передачи больших массивов данных используются скорости до 40 Гбит/с по меди (не менее 10 Мбит/с; обычно 100 Мбит/с). Для больших расстояний, если они не превышают 80 км, используются волоконно-оптические кабели. Материал обеспечивает покрытие на больших расстояниях без потери качества. Установка коммутаторов необходима для многократного усиления сигнала и минимизации возможности потери данных. Маршрутизаторы и коммутаторы позволяют расширять и сегментировать сеть при необходимости.
Одних только модификаций программного обеспечения недостаточно для достижения таких результатов. Качественное и бесперебойное соединение достигается за счет использования надежного оборудования (кабели, разъемы). Они должны выдерживать экстремальные температуры, пыль, высокий уровень влажности, физическое воздействие и быть химически нейтральными. Другими словами, они должны быть способны выдерживать типичные условия промышленного предприятия. Кроме того, необходимо позаботиться об экранировании, заземлении, фильтрации и устойчивости к электромагнитным помехам (EMI). Для таких задач были разработаны промышленные кабели и одноименные устройства.
Ключевым отличием от стандартного Ethernet является высокий уровень детерминизма. Для этого дополнительно используются специализированные протоколы Profinet, EtherCAT, Modbus TCP, Ethernet Powerlink и Ether/IP. Этот термин относится к определенности. Другими словами, задача может быть решена с помощью точной последовательности шагов. Результат каждого шага предопределен, отклонения от начальных параметров недопустимы и невозможны. Применение алгоритма возможно с теми же данными. Результат одинаков во всех случаях.
Profinet, EtherCAT модифицируют стандартный Ethernet таким образом, чтобы гарантировать надежную отправку и получение данных, производственные процессы и обеспечить использование исходных параметров при выполнении конкретных задач. Данные успешно передаются независимо от внешних и внутренних факторов.
Любая неудача или потеря приводит к гибели компании. Своевременная передача данных в режиме реального времени является ключевым фактором при выборе решения. Для минимизации возможных потерь используется автоматизация на основе полевой сети, которая автоматически отключает оборудование при обнаружении отклонения от установленного стандарта.
Отличие офисных сетей от промышленных
- Они не требуют дополнительной вентиляции или охлаждения. Может устанавливаться в местах с ограниченным доступом и высоким уровнем запыленности.
- Быстрая и простая установка. Сетевые компоненты крепятся с помощью DIN-рейки. Это решение значительно повышает надежность.
- Низковольтный источник питания. Подключение к сети осуществляется через низковольтный блок питания. Организация источников резервного копирования является необходимым условием.
- Резервирование. Каждая секция заменяется и ремонтируется в кратчайшие сроки. В противном случае его задачи выполняют другие части.
- Соответствие международным стандартам и нормам.
- Стандартные разъемы заменены герметичными аналогами. Агрессивные промышленные среды требуют лучшей и более безопасной посадки.
- Длительный срок службы. Кабель изготовлен из высококачественных материалов.
- Позволяет выводить диагностические показания на приборную панель.
- Полнодуплексная передача.
- Круглосуточная техническая поддержка.
Какие требования предъявляются к промышленным кабелям?
Производительность — это одна из основных характеристик, которую необходимо учитывать при установке. Он описывается следующими параметрами:
Надежность доставки — второй ключевой параметр. Она включает в себя:
Прокладка промышленной сети требует от подрядчика определенных навыков и умений. Для стабильной работы необходимо учитывать множество факторов, которые не относятся к жилым домам и офисным помещениям.
- Материал. Кабели Industrial Ethernet разработаны таким образом, чтобы минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Согласно стандартам ANSI/TIA-1005, для этих целей лучше всего подходят кабели категории 6 или выше. Оптимальная производительность возможна только при использовании сертифицированных разъемов соответствующего типа. Рекомендуется использовать готовые короткие кабели.
- Гибкость и эластичность. Кабель витая пара подразделяется на одножильный и многожильный. Последние используются в офисах и на крупных предприятиях. На производстве задачи не ограничиваются общением. Это связано с высокой гибкостью коммутационных шнуров, может возникнуть множество ситуаций, когда кабель, находящийся в постоянном движении, будет дополнительно подвержен скручиванию или растяжению.
- Акустическая изоляция. Ситуации, когда необходимо проложить кабель вблизи зон с высокой электромагнитной активностью, неизбежны. В этих зонах используется индивидуальная защита S/FTP.
- Экранирование. В легкой промышленности распространены оболочки кабелей из поливинилхлорида (ПВХ). Это объясняется его доступностью и маслостойкостью. Кроме того, доступны следующие материалы: фторированный этилен-пропилен (FEP) и термопластичный эластомер (TPE). Они могут выдерживать чрезвычайно низкие температуры (от -50°C до 125°C). TPE характеризуется гибкостью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, озону, тяжелым маслам и морской воде. Обычно используются полиуретановые (PUR) кабели. Материал характеризуется высокой стойкостью к истиранию, прочностью на разрыв, устойчивостью к большинству химических веществ и механической прочностью. Недостатком является ограниченный диапазон температур.
- Заземление. Расстояние между интернет-кабелем и проводным кабелем должно составлять 20 — 30 см. С увеличением характеристик увеличивается и сопротивление передаче данных. Кабель прокладывается непрерывной петлей по металлической трубе, при этом каждая секция соединяется со следующей и предыдущей. Для распределительных щитов необходимо соблюдать расстояние не менее 3 см.
О концентраторах и коммутаторах
Стандартные концентраторы не используются в промышленных сетях. По функциональности они сравнимы с многопортовыми повторителями (концентраторами). Вместо них устанавливаются управляемые и неуправляемые коммутаторы. Первый тип предпочтительнее, несмотря на его более высокую стоимость.
Существует три типа трафика:
Кабель ограничен 100 передачами в секунду. В полевых условиях возможны передачи, которые не регулируют непосредственно производственные процессы. Они представлены информацией о состоянии оборудования, которая передается на главный компьютер. Установка управляющего переключателя позволяет установить приоритет сигналов, чтобы больше внимания уделять ведению производственного процесса.
Как выбрать?
- Ознакомьтесь с условиями подключения. Существует несколько возможных сценариев: стационарная установка (используется в офисах, серверных комнатах, закрытых залах и других типах помещений с минимальным уровнем вибрации), средняя интенсивность (мастерские и рабочие места с высоким уровнем вибрации), высокая интенсивность изгиба (устанавливается непосредственно на оборудование). В первом случае применим любой тип проводника с высокой прочностью на изгиб. Во втором случае проводник должен отвечать ряду требований, устойчивости к воздействию солнечного света, истиранию, ЭМИ, перепадам температур и нефтепродуктам. В третьем случае кабель подвергается воздействию повышенных температур и вибраций, а также частому скручиванию. Уровень защиты от жидкостей должен соответствовать стандарту M12 с IP67.
- Материал куртки. Эта характеристика влияет на производительность и уровень защиты сети. Термопластичный эластомер и, в меньшей степени, полиуретан лучше всего работают при сильном изгибе. Они демонстрируют хорошую устойчивость к воздействию нефтепродуктов, а также к истиранию. PUR демонстрирует лучшую устойчивость к различным типам смазочных материалов, а TPE — к хладагентам. Эти материалы относятся к категории премиум-класса и имеют соответствующую цену. ПВХ считается недорогим вариантом. Он обладает приемлемыми механическими характеристиками. Оптимальный вариант для стационарной установки со средней частотой изгиба. ФРНК относится к той же категории. Ключевым отличием является устойчивость к возгоранию и тлению при воспламенении. Он обладает пониженной стойкостью к истиранию.
- Приемлемая скорость передачи данных. Для определения наилучшего варианта используется следующая таблица.
Скорость передачи данных До 100 МБ/с До 1 Гбит/с До 10 Гбит/с Класс соединения ISO/IEC 11801 Класс D Класс D Класс E Категория кабеля Cat 5e (2 пр.) Cat 5e (4 пр.) Кошка. 7 Категория соединительного кабеля Cat 5e (2 пр.) Cat 5e (4 пр.) Кошка. 6A - Экранированный или неэкранированный кабель? Первый тип важен в районах с высоким уровнем помех. Чаще всего он оснащен дополнительной фольгой, или косичкой. Для повышения надежности производители предлагают модели с двумя решениями одновременно. Неэкранированные кабели подходят для большинства сценариев.
- Многоядерный или одноядерный? Последний подходит для стационарного монтажа (простое переключение). Установка на подвижные механизмы строго запрещена.
- Витая пара или связанная пара? Последний доступен в одноядерной и многоядерной версиях. Подходит для использования в промышленных условиях. Соединения по всей длине изоляции предотвращают появление зазоров между парными проводами. Его возникновение создаст разницу в сопротивлении и приведет к разрыву соединения.
Лучшие бюджетные промышленные Ethernet-кабели
Голд Мастер UTP 5е RJ45 10 м (NA102—10M)
Кабель витая пара относится к категории 5e. Максимальная скорость передачи данных составляет 1 Гбит/с. Патчкорды выпускаются длиной 2, 5, 10, 15 и 25 метров. Кабель изготовлен из алюминия с медным покрытием.
Gold Master UTP 5e RJ45 10 м (NA102-10M)
Преимущества:
Недостатки:
Витая пара UTP4 cat.5e, одножильный Fluke test
Один из наиболее распространенных компонентов локальных сетей. Этот одножильный кабель с арамидной скруткой предназначен для наружной прокладки. Легко снимающиеся ножны облегчают работу с ним. Для самозажимного UTP патчкорда категории 5e предусмотрено несколько разъемов RJ45. Они изготовлены из огнестойкого пропилена.
UTP4 кат.5e, одножильный тест Fluke
Преимущества:
Недостатки:
U/UTP Cat 5e 4х2х24AWG CCA (50м) PVC
Изготовлен из прочного и устойчивого к изгибам ПВХ. Предназначен для установки внутри и снаружи помещений. Соответствует категории 5e (1 Гбит/с). Оснащенный щитом, он представлен алюмолавсановой лентой. Производитель предлагает решения для монтажных организаций (длина бобины 305 м) и розничных покупателей (25, 50, 100 м). Упакованы в термоусадочную пленку.
U/UTP Cat 5e 4x2x24AWG CCA (50 м) PVC
Преимущества:
Недостатки:
Лучшие промышленные Ethernet-кабели в среднем ценовом сегменте
Cablexpert UPC-5040E-SOL/100 100 м
Неэкранированный медный кабель, длина 100 м, поставляется на катушке. Он состоит из 4 пар одножильных проводников. Все пары скручиваются с разным количеством шагов. Это уменьшает электромагнитные помехи. Полимерный материал действует как изоляция. Он прочен и механически устойчив. Коса имеет серый цвет. Маркировка измерительных приборов облегчает работу с кабелем.
Cablexpert UPC-5040E-SOL/100 100м
Преимущества:
Недостатки:
Lanmaster LAN-PC45 RJ-45 (m) — RJ-45 (m) CAT6a S/FTP, 10 м, 1 шт
Продукция известной местной компании. Вся продукция полностью соответствует российским и международным сертификатам качества. Блестящий оригинальный дизайн был разработан в сотрудничестве с ведущими специалистами в своей области.
Lanmaster LAN-PC45 RJ-45 (m) — RJ-45 (m) CAT6a S/FTP, 10 м, 1 шт.
Преимущества:
Недостатки:
UTP cat 5E ATCOM (CCA, 0.5 mm, 305 m)
Оптимальное решение для промышленных, домашних и офисных сетей, систем видеонаблюдения и т.д. Он совместим с узкоспециализированными сетями (торговое оборудование, склады, пользовательские периферийные устройства). Кабель состоит из 4 пар.
UTP cat 5E ATCOM (CCA, 0,5 мм, 305 м)
Преимущества:
Недостатки:
Лучшие промышленные Ethernet-кабели премиум класса
BOOST FTP outdoor CAT.5E 24AWG 4X2X0.5mm CCA, катушка 305m
Компания поставляет продукцию в Россию уже 10 лет. Основные направления, оптовая торговля и поставка монтажным организациям. Сертификаты ISO, PICC, CE, ROSH гарантируют высокое качество.
Представленный кабель относится к категории 5. Он подходит для наружной прокладки. Кабель изготовлен из алюминия с медным покрытием. В качестве изоляции используется полиэтилен высокой плотности. Внешняя оболочка изготовлена из поливинилхлорида и полиэтилена низкой плотности.
BOOST FTP наружный CAT.5E 24AWG 4X2X0.5mm CCA, катушка 305м
Преимущества:
Недостатки:
Кабель уличный UTP4 cat.5е, RJ45
Кабель «витая пара» широко используется при прокладке промышленных сетей Ethernet. Арамидная нить позволяет легко натянуть куртку на нужную длину. Конструкция кабеля одножильная. Он состоит из 4 пар. Внешний диаметр составляет 6 мм. Проволока изготовлена из меди. В комплект поставки входят 6 разъемов RJ-45 и штекеры.
Наружный кабель UTP4 cat.5e, RJ45.
Преимущества:
Недостатки:
SkyNet Premium CSP- UTP- LSZH-4- CU/100
Премиальное решение для постоянной установки внутри зданий с интенсивным движением. Для передачи данных в сети до 100 МГц используется одножильный медный кабель, полностью соответствующий стандартам ISO/IEC 11801. Для обеспечения бесперебойной работы рабочее переменное напряжение не должно превышать 145 В.
SkyNet Premium CSP- UTP- LSZH-4- CU/100[
Преимущества:
Недостатки:
Industrial Ethernet имеет решающее значение для поддержания работоспособности автоматизированного оборудования. При монтаже необходимо учитывать многочисленные негативные факторы, влияющие на кабель. Ничто не должно замедлять передачу данных и вызывать сбои в процессе. Любая ошибка приведет к остановке производства и большим убыткам. Избежать этих проблем можно с помощью прокладки высококачественных промышленных кабелей Ethernet. Их стоимость несопоставима с потенциальными убытками от простоя машин и производственных линий.