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來(lái)源：Digi-Key 作者：Alan Yang 10BASE-T1L目前在工廠(chǎng)自動(dòng)化、監控、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域獲得了顯著(zhù)的發(fā)展。本文通過(guò)兩個(gè)過(guò)程控制應用場(chǎng)景（自動(dòng)化工廠(chǎng)應用和狀態(tài)監測應用），以及介紹10BASE-T1L該如何連接，來(lái)深入了解10BASE-T1L工業(yè)以太網(wǎng)究竟有哪些優(yōu)勢。 工業(yè)以太網(wǎng)應用 · 應用一：過(guò)程自動(dòng)化工廠(chǎng) 802.3cg標準也稱(chēng)為10BASE-T1L，是一種工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。10BASE-T1L核心能力是一種全雙工、直流平衡、點(diǎn)對點(diǎn)通信方案，實(shí)現了跨信息技術(shù)（IT）和操作技術(shù)（OT）網(wǎng)絡(luò )的聚合以太網(wǎng)。 下圖顯示從4 mA到20 mA以及HART接口過(guò)渡到基于10BASE-T1L工業(yè)以太網(wǎng)的過(guò)程。 
圖1：過(guò)程控制自動(dòng)化工廠(chǎng)應用（圖片來(lái)源: ADI） 傳統的4 mA至20 mA和HART接口已經(jīng)成功部署在自動(dòng)化應用中多年，不會(huì )馬上消失，而是與新的10BASE-T1L設備共存。 有多種形式連接：對于4 mA到20 mA以及HART接口設備，可以直接連接PLC，也可以通過(guò)連接遠程I/O設備再連接到PLC。對于支持10BASE-T1L的設備，可以直接連接PLC，也可以通過(guò)連接現場(chǎng)交換機再連接到PLC。 危險區域劃分：“危險區域”是指大氣中可能含有的足量易燃易爆物質(zhì)，如可燃氣體、粉塵或可燃纖維等，當電氣設備長(cháng)時(shí)間處于該環(huán)境下，會(huì )有爆炸以及火災的危險。對于一些自動(dòng)化工廠(chǎng)，實(shí)際應用環(huán)境可能會(huì )很復雜。為了防止潛在的爆炸危險，需要對區域進(jìn)行劃分。不同區域對于電氣設備電氣性能的要求也不一樣。
表1：危險區域等級的劃分（根據國際電工委員會(huì )/歐洲電工委員會(huì )） 越危險的地方，要求設備的安全性越高。這個(gè)時(shí)候，10BASE-T1L的優(yōu)勢就體現出來(lái)了。 因為在危險環(huán)境中，對于10BASE-T1L的設備，其峰峰值可以低至1.0 V，可以支持500mW的功率傳輸。而對比傳統4 mA至20 mA的設備，只能夠提供約36mW功率。 這意味著(zhù)有許多功能強/性能好的設備，可通過(guò)10BASE-T1L在危險環(huán)境中使用。 而在安全的環(huán)境，根據所用電纜的不同，10BASE-T1L的設備的功率傳輸可達到60W。 · 應用二：狀態(tài)監測 當然，不是所有應用需要分區域。比如狀態(tài)監測應用，可以直接通過(guò)10BASE-T1L，把節點(diǎn)設備連接到云端，實(shí)現遠程監控。狀態(tài)監測可以延長(cháng)設備壽命，提高質(zhì)量，提高安全性。
圖2：狀態(tài)監測應用（圖片來(lái)源: ADI） 如上圖，狀態(tài)監測應用正在從傳統設備應用（泵、壓縮機和風(fēng)扇）擴展到數控機床、機床、編碼器、傳送帶、機器人和儀器的新應用。 10BASE-T1L如何連接？ 通過(guò)10BASE-T1L連接現場(chǎng)設備，一般需要以下四個(gè)部分: 傳感器、集成MAC功能的控制器、PHY收發(fā)器、SPE單對雙絞線(xiàn)。
圖3：基于10BASE-T1L連接現場(chǎng)設備（圖片來(lái)源: ADI） · 傳感器 由于收集現場(chǎng)的節點(diǎn)設備產(chǎn)生的數據，比如，機床馬達上的振動(dòng)傳感器�？蓞⒖嫉南嚓P(guān)技術(shù)資源如下： → Digi-Key加速度傳感器 → 更多Digi-Key傳感器 · MCU控制器 → Digi-Key MCU控制器 · 10BASE-T1L MAC+PHY收發(fā)器 通過(guò)下表，我們先了解一下什么是MAC和PHY，以及他們之間的區別。
表2：MAC和PHY的比較 一些10BASE-T1L收發(fā)器，集成了MAC與PHY兩個(gè)功能。比如，ADI ADIN1110， 集成了MAC與PHY兩個(gè)功能, 通過(guò)SPI接口與MCU相連。 還有一些10BASE-T1L收發(fā)器只包含PHY功能。比如，ADI ADIN1100, ADIN1200，ADIN1300，這就需要MCU帶有MAC功能，PHY芯片與MCU通過(guò)MII/RMII/RGMII接口相連。 · SPE單對雙絞線(xiàn) 10BASE-T1L標準沒(méi)有定義特定的傳輸介質(zhì)（電纜）；相反，它定義了信道模型（回波損耗和插入損耗要求）。 單對以太網(wǎng)（SPE）物理層，SPE在單對雙絞線(xiàn)上運行，可以在1km的距離上提供10mbps的速度，同時(shí)可以傳輸數據和電源。單對雙絞線(xiàn)布線(xiàn)具有成本低、尺寸小、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)。 有關(guān)單對雙絞線(xiàn)的更多信息，可以訪(fǎng)問(wèn)Digi-Key單對雙絞線(xiàn)。 10BASE-T1L的優(yōu)勢在哪里？ IEEE 802.3cg™-2019標準用于規范管理10BASE-T1L連接。這個(gè)單對以太網(wǎng)（SPE）媒介標準可實(shí)現10Mbps的通信速度，并支持通過(guò)長(cháng)達1 km的單條雙絞線(xiàn)提供電源和傳輸數據。
下表中，我們對10BASE-T1L與現有的有線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了比較，10BASE-T1L的性能優(yōu)勢也就一目了然了。
表3：10BASE-T1L與當前使用的有線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了比較 當然10BASE-T1L也不是完全完美的，10BASE-T1L也留下了安全隱患。通過(guò)加密設備ID進(jìn)行的設備安全認證、數據傳輸加密、設置阻止外部實(shí)體訪(fǎng)問(wèn)安全設備的防火墻，可以大幅降低風(fēng)險。 本文小結 10BASE-T1L消除了對復雜、耗電的網(wǎng)關(guān)的需求，有望將IIoT的優(yōu)勢擴展到工廠(chǎng)、建筑和加工廠(chǎng)的偏遠角落，甚至擴展到目前為止傳感器和其他端點(diǎn)連接受限的危險地點(diǎn)，從而加速工業(yè)4.0的發(fā)展。 |
