以太网最初于 1970 年代由施乐帕洛阿尔托研究中心 (PARC)开发，现已发展成为世界上最常见的网络系统。在过去的几十年里，标准的巨大变化和扩展使以太网能够解决最初开发人员从未设想过的各种应用。

这些应用之一是工业以太网。供应商和标准组织已经采用以太网的底层物理层来创建各种技术，例如 PROFINET、Ethernet/IP（工业协议）、EtherCAT 和 Modbus-TCP，这些技术针对工业自动化进行了优化。

图 1. DSX CableAnalyzer™屏幕显示不同端到端电缆配置的测试限制，包括 E1、E2 和 E3 限制。

布线标准和连接器

所有工业以太网应用都设计为在类似于“常规”以太网中使用的双绞铜线或光纤电缆上工作，并针对工厂环境进行了一些修改。国际标准组织 (ISO)和电信行业协会 (TIA)制定了一套规范来定义工业场所内的潜在环境条件。这些被称为机械、入口、气候/化学、电磁 (MICE) 规范。MICE 级别描述了不同程度的环境条件，MICE 1 定义了典型的办公环境，MICE 2 定义了稍微恶劣的环境，MICE 3 定义了重工业。

为了满足这些要求，供应商开发了专门的电缆和连接器。这包括可以在被挤压、加热、浸入或暴露于腐蚀性化学品时运行的电缆。在大多数情况下，这会影响对电缆外护套的要求，而无论是 MICE 1 还是 MICE 3，电气特性都保持不变。但是，在电磁要求中发现了一个显着差异，其中对横向转换损耗的具体要求(TCL) 指定用于 E1、E2 和 E3。该规范测量电缆抵抗外部电信号干扰的能力，例如由焊工、变速驱动器和高压电源产生的电信号。

连接器受到特殊审查，因为它们可能成为入口点。一种方法是将标准 8 针模块化连接器 (RJ-45) 装入密封的旋入式插座中。该连接器的优点是与大多数“常规”以太网设备和电缆兼容。“M12”连接器专为更严格的冲击和振动应用而开发，具有小型圆形锁定螺钉型连接器，可包括两对 (M12-D) 或四对 (M12-X)。常见的工业布线配置包括电缆一端的模块化 8 针连接器，连接到另一端的 M12 连接器。

布线问题

图 2. DSX CableAnalyzer显示屏显示 TIA 1005 6A 类链路通过 E2 限制的测试结果。

超过一半的工业以太网问题可以追溯到布线。其中一些会在启动过程中立即出现 - 其他可能会允许连接正常运行，直到环境变化等因素导致通信失败。以太网是一种强大的技术，即使在边缘情况下也可以继续进行通信 - 但这些情况的变化可能会导致通信问题或未来完全失败。以下是布线最常见的问题。

连接性

布线的最基本要求是一端的引脚连接到另一端的正确引脚。布线中的任何错误接线或开路都会导致硬通信故障。一个不太容易理解的接线问题是所谓的“分线对”，当引脚连接到另一端的适当引脚时，但电缆配对不正确。这可能导致间歇性或硬故障。

长度

通常，以太网电缆的长度限制为 100 米。太长的电缆会在两个方面引起问题。首先，信号在通过电缆传输时会减弱——如果电缆太长，它们可能太弱而无法在远端正确接收。其次，以太网被设计为在特定时间范围内预期响应——电缆太长造成的延迟会干扰这个时间。这些错误中的任何一个都可能导致硬故障或间歇性问题。例如，由于电缆的损耗随温度而增加，因此过长的电缆可能在较低温度下可以接受传输，但在较高温度下会失效。

相声

这是对电缆内线对之间电磁干扰的测量。例如，在“发送”对上传输的信号可能会在接收对上产生干扰信号。发射器可以将此干扰解释为传入信号并停止发送。同样，这可能会导致硬故障或间歇性故障。随着信号频率的增加，串扰也会增加，使其成为网络电缆最大性能的主要决定因素。

图 3. DSX CableAnalyzer显示 E3 级别测试失败的结果。注意 TCL 故障。

盾牌完整性

许多工业以太网电缆都包含一个屏蔽层——通常是一个金属箔，将每对电缆包裹在外部电缆护套内。此屏蔽的目的是减少外部电磁干扰 (EMI) 的影响，该干扰可能来自电缆附近的高压或大电流设备。EMI 可能会导致电缆上的传输错误，从而导致速度减慢甚至完全故障。这可能是一个非常难以解决的问题，因为它只会在干扰大到足以克服信号平衡时发生，例如当附近的电机启动或使用焊接工具时。为了使屏蔽有效地工作，沿整个路径屏蔽电缆至关重要——即使屏蔽连续性的一个中断也会大大降低其性能。所以，屏蔽测试必须能够确保电缆的整个路径都被屏蔽。这是一个特别困难的测量，因为屏蔽通常是接地的。如果两端都接地，简单的直流测量将无法确定屏蔽是否连续。

横向转换损耗 (TCL)

这是电缆“平衡”的衡量标准——它在一对的两根线上传输相等信号的能力。双绞线电缆依靠一对内两条线上相等但相反的信号之间的差异来实现高水平的抗噪性。如果布线导致信号不相等，则外部噪声可能会对信号造成干扰，并使信号失真到接收设备无法识别的程度。如上所述，EMI 问题很难隔离和解决。为了解决这个问题，标准机构制定了 TCL 对 MICE E1、E2 和 E3 环境布线的要求。

请务必注意，使用经制造商认证以满足上述要求的电缆和连接器对于确保无错误操作至关重要，但这不能保证。有时，即使是最好的供应商也可能生产出不合规格的产品，更常见的是，不正确的安装技术可能会将一系列顶级组件变成性能不佳的链接。

电缆测试意味着更多的正常运行时间

图 4. DSX CableAnalyzer可以发现各种各样的布线故障，并以任何技术人员都能理解的方式显示它们。

配备了适当的电缆测试工具并对其使用有基本了解的组织可以通过三种方式使用它们来增加正常运行时间：

更快的启动

在连接电缆之前测量上述参数是确保它符合所有要求的规格并因此正常工作的唯一方法。

防止计划外停机

仅仅因为电缆可以在启动时传递数据并不能保证它在所有情况下都能继续工作。安装后环境的变化可能会导致失败。如果根据上述参数对电缆进行测试并通过，则可以消除基于这些因素的后续电缆故障的可能性。

更快地解决问题

即使是经过测试的电缆也可能因滥用（例如意外切割、拉开或熔化）而失效。在网络故障的情况下，能够快速诊断布线问题可以节省大量时间。无需花费数小时更换可疑电缆，只需几秒钟的测试即可验证它是否正常，因此故障排除工作可以集中在其他地方。如果电缆坏了，测试仪中的诊断可以查明问题。例如，知道故障出在远端连接器意味着您需要花费几分钟更换一个坏的连接器，而不是花费数小时重新布线全新的电缆。

总之，安装后测试电缆可以加快启动过程并防止将来出现问题。在发生故障时使用方便的电缆测试仪可以节省数小时的故障排除和停机时间。

工业以太网电缆测试工具

电缆测试工具可分为两类：部署前测试器和嵌套电缆和网络的故障排除器。

图 5. Cable+Network 测试仪，例如LinkIQ™可以显示网络数据，包括交换机端口、名称、VLAN 和速度设置。

预部署（调试）测试人员

这些工具提供对上述所有布线参数的测试，包括串扰、屏蔽完整性和 TCL。DSX CableAnalyzer 系列是唯一可以测量所有这些参数的电缆测试仪，包括沿电缆路径的屏蔽完整性。测试人员生成 PASS 或 FAIL 结果，并可以创建报告用于记录目的。启动前使用认证工具进行测试是了解电缆是否满足上述所有要求规格的唯一方法，也是防止电缆问题的最佳方法。这些工具也可用于故障排除，不仅可以定位损坏的电缆，还可以定位更困难的问题，例如电缆中的水或不符合规范的连接器。

有线+网络测试仪

这些工具提供了测试工业以太网布线以及连接到该布线的有源设备的能力。他们验证电缆是否已正确连接（包括分对测试），并且可以测量电缆的长度并确定电缆断裂的位置。他们还可以验证所连接的网络交换机，显示端口速度和以太网供电，在某些情况下，还可以显示交换机名称、端口号和 VLAN。这可以通过消除布线或交换机操作和配置问题来节省大量时间，从而使团队能够专注于问题的真正所在。

无法投资认证测试人员的团队仍然可以通过租用他们或聘请布线承包商在启动前测试电缆来从他们的新项目中受益。电缆+网络工具的低成本允许它们在任何设施中随时可用，从而消除了在发生故障时安排租赁或承包商所需的时间。他们的成本很容易在解决单个网络故障时节省的时间中收回。

用于工业以太网的 Fluke Networks 电缆测试产品比较