最初由Xerox Palo Alto Research Center (PARC)于20世紀(jì)70年代開發(fā)的以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為世界上最常見的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在過去的數(shù)十年中，標(biāo)準(zhǔn)的巨大變化和擴(kuò)展使得以太網(wǎng)能夠處理各種各樣的應(yīng)用，而這些是最初開發(fā)人員始料未及的。工業(yè)以太網(wǎng)就是其中的應(yīng)用之一。廠商和標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)采用以太網(wǎng)的底層物理層來創(chuàng)建各種技術(shù)，例如PROFINET、Ethernet/IP (工業(yè)協(xié)議)、Ether-CAT和Modbus-TCP，優(yōu)化用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。
布線標(biāo)準(zhǔn)和連接器
所有工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用都被設(shè)計(jì)為采用雙絞線銅纜或光纖布線，與“常規(guī)”以太網(wǎng)中使用的線纜類似，并針對(duì)工廠環(huán)境進(jìn)行一定的改動(dòng)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)和美國(guó)電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)制定了一套規(guī)范來定義工業(yè)場(chǎng)所的潛在環(huán)境條件。這就是所謂的機(jī)械、侵入、氣候/化學(xué)、電磁(MICE)規(guī)范。MICE等級(jí)表示不同程度的環(huán)境條件，其中MICE 1表示典型辦公環(huán)境，MICE 2為較惡劣的環(huán)境，MICE 3表示重工業(yè)環(huán)境。
為滿足這些要求，廠商們開發(fā)了專用的布線和連接器。其中包括遭受碾壓、加熱、浸沒或暴露于腐蝕性化學(xué)品時(shí)能夠正常工作的布線。大多數(shù)情況下，這會(huì)影響對(duì)電纜外部護(hù)套的要求，但無論是MICE 1還是MICE 3，電氣特性仍然相同。然而，一項(xiàng)值得注意的差異是電磁特性，其中對(duì)E1、E2和E3等級(jí)的橫向轉(zhuǎn)換損耗(TCL)提出了具體要求。該規(guī)范測(cè)量電纜抵抗外部電信號(hào)干擾的能力，例如焊機(jī)、變速驅(qū)動(dòng)器和高壓電源產(chǎn)生的電信號(hào)。
由于連接器會(huì)成為信號(hào)電纜入口，所以受到特別檢測(cè)。一種方法是將標(biāo)準(zhǔn)8針模塊式連接器(RJ-45)裝入密封的螺紋型插座之中。該種連接器的優(yōu)勢(shì)是能夠兼容大多數(shù)“常規(guī)”以太網(wǎng)裝
置和布線?！癕12”連接器開發(fā)用于更苛刻的沖擊和振動(dòng)應(yīng)用，具有小尺寸圓形鎖緊螺口式連接器，可以是兩對(duì)(M12-D)或四對(duì)(M12-X)。常見的工業(yè)布線配置中，電纜一端為模塊式8針連接器，另一端為M12連接器。
DSX CableAnalyzerTM屏幕顯示不同端對(duì)端電纜配置的測(cè)試
限值，包括E1、E2和E3限值。
布線問題
一半以上工業(yè)以太網(wǎng)問題的根源在于布線。其中有些問題在初始運(yùn)行階段就已經(jīng)顯現(xiàn)出來，而有些問題不影響連接性能，可以正常工作，但發(fā)生環(huán)境變化后會(huì)造成通信故障。以太網(wǎng)是一種可靠的技術(shù)，即使在臨界環(huán)境下也能夠繼續(xù)通信 。 但環(huán)境的變化可能會(huì)造成通信問題，甚至線路徹底失效。以下為最常見的布線問題：
連通性：布線的最基本要求是，一端的引腳連接到另一端的正確引腳。布線中的任何接線錯(cuò)誤或開路都將造成嚴(yán)重通信故障。不太容易理解的一種接線錯(cuò)誤就是所謂的“串?dāng)_線”連接法，此時(shí)引腳都連接到另一端的相應(yīng)引腳，但電纜雙絞配對(duì)不正確。這會(huì)造成間歇性的或嚴(yán)重的故障。
長(zhǎng)度：一般而言，以太網(wǎng)電纜的長(zhǎng)度限制在100米。太長(zhǎng)的電纜會(huì)造成兩個(gè)方面的問題。其一，信號(hào)沿電纜傳輸時(shí)強(qiáng)度變?nèi)?。 如果電纜太長(zhǎng)，信號(hào)可能太弱，致使不能被遠(yuǎn)端正確接收；第二，以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)具有特定的響應(yīng)時(shí)間要求，電纜太長(zhǎng)造成的延時(shí)會(huì)影響時(shí)序。無論哪種錯(cuò)誤，都會(huì)造成嚴(yán)重故障或間歇性問題。例如，由于電纜損耗隨溫度升高而增大，太長(zhǎng)的電纜在較低溫度時(shí)的傳輸性能或許能夠接受，但在較高溫度時(shí)則失效。串?dāng)_：這是衡量一根電纜中線對(duì)之間電磁干擾的指標(biāo)。例如，“發(fā)送”線對(duì)上傳輸?shù)男盘?hào)可能會(huì)對(duì)“接收”線對(duì)產(chǎn)生干擾。發(fā)送器可能將這種干擾當(dāng)作輸入信號(hào)并停止發(fā)送。這同樣也會(huì)造成嚴(yán)重或間歇性故障。隨著信號(hào)頻率升高，串?dāng)_也會(huì)增大，使其成為網(wǎng)絡(luò)電纜最優(yōu)性能的決定因素。
屏蔽完整性：許多工業(yè)以太網(wǎng)電纜采用屏蔽層
，一般是金屬箔，在電纜外部護(hù)套之內(nèi)將各線對(duì)包裹起來。該屏蔽層的目的是降低外部電磁干擾(EMI)的影響，這些干擾可能來自于電纜附近的高壓或高電流裝置。EMI會(huì)造成電纜上傳輸錯(cuò)誤，導(dǎo)致速率降低甚至完全失效。這種故障只有在干擾大到足以超過信號(hào)平衡時(shí)才會(huì)發(fā)生，例如附近的電機(jī)啟動(dòng)或使用焊接工具時(shí)，因此非常難以
診斷。為使屏蔽有效工作，電纜在整個(gè)通路內(nèi)都保持屏蔽至關(guān)重要。
即使屏蔽層上的單個(gè)斷點(diǎn)也會(huì)大幅降低其性能，因此，對(duì)屏蔽的測(cè)試必須能夠確保電纜的整個(gè)通路都被屏蔽。由于屏蔽層一般都接地，所以尤其難以測(cè)量。如果屏蔽層在兩端都接地，簡(jiǎn)單的直流測(cè)量不能確定其是否連續(xù)（可能存在經(jīng)機(jī)架地達(dá)成直流連通的“虛接地”現(xiàn)象）。
DSX CableAnalyzer屏幕顯示合格測(cè)試結(jié)果，
TIA 1005 CAT 6A鏈路，E2限值。
DSX CableAnalyzer顯示不合格的E3等級(jí)測(cè)試結(jié)果。
請(qǐng)注意是TCL不合格。
橫向轉(zhuǎn)換損耗(TCL)：這是衡量電纜“平衡”性的指標(biāo) —— 在線對(duì)的兩根線上傳輸相等信號(hào)的能力。雙絞線電纜通過同一線對(duì)中兩根線上大小相等、相位相反的差分信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高水平的抗擾性。如果造成這兩根線上的信號(hào)大小不相等，外部噪聲就會(huì)干擾信號(hào)，使其失真到不會(huì)被接收裝置正確識(shí)別。如上所述，EMI問題可能會(huì)非常難以隔離和解決。為解決這一問題，標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了對(duì)MICE E1、E2和E3環(huán)境下布線的TCL要求值得注意的是，使用經(jīng)過制造商認(rèn)證、滿足以上所述要求的電纜和連接器，對(duì)于確保無錯(cuò)誤工作至關(guān)重要。但是，有時(shí)候即使最好的廠商也會(huì)生產(chǎn)出不符合指標(biāo)的產(chǎn)品。而更常見的情況則是不適當(dāng)?shù)陌惭b技術(shù)可能會(huì)將頂級(jí)質(zhì)量的一套組件變成性能極差的鏈路。
電纜測(cè)試確保更長(zhǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間
如果配備有適當(dāng)電纜測(cè)試工具并且了解該工具的基本使用方法，則能夠利用它來提高正常運(yùn)行時(shí)間，這主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
更快投入運(yùn)行：連接電纜之前測(cè)量上述參數(shù)是保證其滿足規(guī)范且能夠正常工作的唯一途徑。
防止計(jì)劃外停工：電纜在初始運(yùn)行階段能夠正常傳輸數(shù)據(jù)，并不意味著保證其在所有環(huán)境下仍然能繼續(xù)工作。安裝之后的環(huán)境變化可能會(huì)引發(fā)故障。因此，定期測(cè)試電纜的上述參數(shù)是否合格通過，可避免之后因環(huán)境變化引發(fā)的電纜故障。
更快解決問題：即使經(jīng)過測(cè)試的電纜，意外切割、拉拔、熔接等粗暴對(duì)待行為也會(huì)引起故障。在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，如果能夠快速診斷布線問題，就可以節(jié)約大量時(shí)間。與花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)更換可疑電纜相比，幾秒鐘的測(cè)試即可驗(yàn)證電纜是否良好，節(jié)省時(shí)間，可將精力集中在其他工作上。如果電纜有問題，測(cè)試儀的診斷功能就可以查明故障。例如，如果知道故障原因是遠(yuǎn)
端連接器，只需花費(fèi)幾分鐘更換損壞的連接器，而不是花費(fèi)數(shù)小時(shí)重新布置整根電纜。
總之，在安裝時(shí)測(cè)試電纜可以加快初始運(yùn)行過程且預(yù)防將來問題。而在發(fā)生故障時(shí)，利用電纜測(cè)試儀則能夠節(jié)省數(shù)小時(shí)的故障診斷和停工時(shí)間。
DSX CableAnalyzer能夠發(fā)現(xiàn)各種各樣的布線故障，并用清
晰易懂的方式進(jìn)行顯示。
工業(yè)以太網(wǎng)電纜測(cè)試工具
電纜測(cè)試工具可分為兩類：部署前測(cè)試儀和故障診斷測(cè)試儀。
部署前(認(rèn)證)測(cè)試儀：該類工具能夠測(cè)試上述的所有布線參數(shù)，包括串?dāng)_、屏蔽完整性和TCL。DSXCableAnalyzer系列是唯一能夠測(cè)量包括布線通路屏蔽完整性在內(nèi)的全部參數(shù)的電纜測(cè)試儀。測(cè)試儀能夠給出“合格”或“不合格”結(jié)果，以及生成報(bào)告，可供存檔。在啟動(dòng)之前利用認(rèn)證工具進(jìn)行測(cè)試，是確定電纜是否滿足以上所述規(guī)范的唯一途徑，也是預(yù)防電纜問題的最佳途徑。這些工具亦可用于故障診斷，不但能夠定位電纜斷點(diǎn)，而且能夠診斷更加困難的問題，例如電纜中的水分或不符合規(guī)范要求的連接器。
故障診斷工具：這些工具可驗(yàn)證布線連接是否正確(包括串?dāng)_線測(cè)試)，可測(cè)量電纜長(zhǎng)度以及識(shí)別電纜斷點(diǎn)的位置。即使電纜不是問題所在，也可以通過排除電纜嫌疑，使團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Ｗ⒂谡嬲膯栴}，從而節(jié)省大量時(shí)間。故障診斷工具的低成本使其能夠在任何設(shè)施中普及，避免了租賃所浪費(fèi)的時(shí)間或發(fā)生故障時(shí)尋求維護(hù)工作的外包方來協(xié)助。解決一次網(wǎng)絡(luò)故障所節(jié)約的時(shí)間，足以攤銷其成本。
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FLUKE MicroScanner PoE（MS-PoE）線纜測(cè)試儀
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