以太網最初于 1970 年代由施樂帕洛阿爾托研究中心 (PARC)開發，現已發展成為世界上最常見的網絡系統。在過去的幾十年里，標準的巨大變化和擴展使以太網能夠解決最初開發人員從未設想過的各種應用。

這些應用之一是工業以太網。供應商和標準組織已經采用以太網的底層物理層來創建各種技術，例如 PROFINET、Ethernet/IP（工業協議）、EtherCAT 和 Modbus-TCP，這些技術針對工業自動化進行了優化。

圖 1. DSX CableAnalyzer™屏幕顯示不同端到端電纜配置的測試限制，包括 E1、E2 和 E3 限制。

布線標準和連接器

所有工業以太網應用都設計為在類似于“常規”以太網中使用的雙絞銅線或光纖電纜上工作，并針對工廠環境進行了一些修改。國際標準組織 (ISO)和電信行業協會 (TIA)制定了一套規范來定義工業場所內的潛在環境條件。這些被稱為機械、入口、氣候/化學、電磁 (MICE) 規范。MICE 級別描述了不同程度的環境條件，MICE 1 定義了典型的辦公環境，MICE 2 定義了稍微惡劣的環境，MICE 3 定義了重工業。

為了滿足這些要求，供應商開發了專門的電纜和連接器。這包括可以在被擠壓、加熱、浸入或暴露于腐蝕性化學品時運行的電纜。在大多數情況下，這會影響對電纜外護套的要求，而無論是 MICE 1 還是 MICE 3，電氣特性都保持不變。但是，在電磁要求中發現了一個顯著差異，其中對橫向轉換損耗的具體要求(TCL) 指定用于 E1、E2 和 E3。該規范測量電纜抵抗外部電信號干擾的能力，例如由焊工、變速驅動器和高壓電源產生的電信號。

連接器受到特殊審查，因為它們可能成為入口點。一種方法是將標準 8 針模塊化連接器 (RJ-45) 裝入密封的旋入式插座中。該連接器的優點是與大多數“常規”以太網設備和電纜兼容。“M12”連接器專為更嚴格的沖擊和振動應用而開發，具有小型圓形鎖定螺釘型連接器，可包括兩對 (M12-D) 或四對 (M12-X)。常見的工業布線配置包括電纜一端的模塊化 8 針連接器，連接到另一端的 M12 連接器。

布線問題

圖 2. DSX CableAnalyzer顯示屏顯示 TIA 1005 6A 類鏈路通過 E2 限制的測試結果。

超過一半的工業以太網問題可以追溯到布線。其中一些會在啟動過程中立即出現 - 其他可能會允許連接正常運行，直到環境變化等因素導致通信失敗。以太網是一種強大的技術，即使在邊緣情況下也可以繼續進行通信 - 但這些情況的變化可能會導致通信問題或未來完全失敗。以下是布線最常見的問題。

連接性

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。布線中的任何錯誤接線或開路都會導致硬通信故障。一個不太容易理解的接線問題是所謂的“分線對”，當引腳連接到另一端的適當引腳時，但電纜配對不正確。這可能導致間歇性或硬故障。

長度

通常，以太網電纜的長度限制為 100 米。太長的電纜會在兩個方面引起問題。首先，信號在通過電纜傳輸時會減弱——如果電纜太長，它們可能太弱而無法在遠端正確接收。其次，以太網被設計為在特定時間范圍內預期響應——電纜太長造成的延遲會干擾這個時間。這些錯誤中的任何一個都可能導致硬故障或間歇性問題。例如，由于電纜的損耗隨溫度而增加，因此過長的電纜可能在較低溫度下可以接受傳輸，但在較高溫度下會失效。

相聲

這是對電纜內線對之間電磁干擾的測量。例如，在“發送”對上傳輸的信號可能會在接收對上產生干擾信號。發射器可以將此干擾解釋為傳入信號并停止發送。同樣，這可能會導致硬故障或間歇性故障。隨著信號頻率的增加，串擾也會增加，使其成為網絡電纜最大性能的主要決定因素。

圖 3. DSX CableAnalyzer顯示 E3 級別測試失敗的結果。注意 TCL 故障。

盾牌完整性

許多工業以太網電纜都包含一個屏蔽層——通常是一個金屬箔，將每對電纜包裹在外部電纜護套內。此屏蔽的目的是減少外部電磁干擾 (EMI) 的影響，該干擾可能來自電纜附近的高壓或大電流設備。EMI 可能會導致電纜上的傳輸錯誤，從而導致速度減慢甚至完全故障。這可能是一個非常難以解決的問題，因為它只會在干擾大到足以克服信號平衡時發生，例如當附近的電機啟動或使用焊接工具時。為了使屏蔽有效地工作，沿整個路徑屏蔽電纜至關重要——即使屏蔽連續性的一個中斷也會大大降低其性能。所以，屏蔽測試必須能夠確保電纜的整個路徑都被屏蔽。這是一個特別困難的測量，因為屏蔽通常是接地的。如果兩端都接地，簡單的直流測量將無法確定屏蔽是否連續。

橫向轉換損耗 (TCL)

這是電纜“平衡”的衡量標準——它在一對的兩根線上傳輸相等信號的能力。雙絞線電纜依靠一對內兩條線上相等但相反的信號之間的差異來實現高水平的抗噪性。如果布線導致信號不相等，則外部噪聲可能會對信號造成干擾，并使信號失真到接收設備無法識別的程度。如上所述，EMI 問題很難隔離和解決。為了解決這個問題，標準機構制定了 TCL 對 MICE E1、E2 和 E3 環境布線的要求。

請務必注意，使用經制造商認證以滿足上述要求的電纜和連接器對于確保無錯誤操作至關重要，但這不能保證。有時，即使是最好的供應商也可能生產出不合規格的產品，更常見的是，不正確的安裝技術可能會將一系列頂級組件變成性能不佳的鏈接。

電纜測試意味著更多的正常運行時間

圖 4. DSX CableAnalyzer可以發現各種各樣的布線故障，并以任何技術人員都能理解的方式顯示它們。

配備了適當的電纜測試工具并對其使用有基本了解的組織可以通過三種方式使用它們來增加正常運行時間：

更快的啟動

在連接電纜之前測量上述參數是確保它符合所有要求的規格并因此正常工作的唯一方法。

防止計劃外停機

僅僅因為電纜可以在啟動時傳遞數據并不能保證它在所有情況下都能繼續工作。安裝后環境的變化可能會導致失敗。如果根據上述參數對電纜進行測試并通過，則可以消除基于這些因素的后續電纜故障的可能性。

更快地解決問題

即使是經過測試的電纜也可能因濫用（例如意外切割、拉開或熔化）而失效。在網絡故障的情況下，能夠快速診斷布線問題可以節省大量時間。無需花費數小時更換可疑電纜，只需幾秒鐘的測試即可驗證它是否正常，因此故障排除工作可以集中在其他地方。如果電纜壞了，測試儀中的診斷可以查明問題。例如，知道故障出在遠端連接器意味著您需要花費幾分鐘更換一個壞的連接器，而不是花費數小時重新布線全新的電纜。

總之，安裝后測試電纜可以加快啟動過程并防止將來出現問題。在發生故障時使用方便的電纜測試儀可以節省數小時的故障排除和停機時間。

工業以太網電纜測試工具

電纜測試工具可分為兩類：部署前測試器和嵌套電纜和網絡的故障排除器。

圖 5. Cable+Network 測試儀，例如LinkIQ™可以顯示網絡數據，包括交換機端口、名稱、VLAN 和速度設置。

預部署（調試）測試人員

這些工具提供對上述所有布線參數的測試，包括串擾、屏蔽完整性和 TCL。DSX CableAnalyzer 系列是唯一可以測量所有這些參數的電纜測試儀，包括沿電纜路徑的屏蔽完整性。測試人員生成 PASS 或 FAIL 結果，并可以創建報告用于記錄目的。啟動前使用認證工具進行測試是了解電纜是否滿足上述所有要求規格的唯一方法，也是防止電纜問題的最佳方法。這些工具也可用于故障排除，不僅可以定位損壞的電纜，還可以定位更困難的問題，例如電纜中的水或不符合規范的連接器。

有線+網絡測試儀

這些工具提供了測試工業以太網布線以及連接到該布線的有源設備的能力。他們驗證電纜是否已正確連接（包括分對測試），并且可以測量電纜的長度并確定電纜斷裂的位置。他們還可以驗證所連接的網絡交換機，顯示端口速度和以太網供電，在某些情況下，還可以顯示交換機名稱、端口號和 VLAN。這可以通過消除布線或交換機操作和配置問題來節省大量時間，從而使團隊能夠專注于問題的真正所在。

無法投資認證測試人員的團隊仍然可以通過租用他們或聘請布線承包商在啟動前測試電纜來從他們的新項目中受益。電纜+網絡工具的低成本允許它們在任何設施中隨時可用，從而消除了在發生故障時安排租賃或承包商所需的時間。他們的成本很容易在解決單個網絡故障時節省的時間中收回。

用于工業以太網的 Fluke Networks 電纜測試產品比較