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來源：Digi-Key 作者：Alan Yang 10BASE-T1L目前在工廠自動化、監(jiān)控、樓宇自動化等領(lǐng)域獲得了顯著的發(fā)展。本文通過兩個過程控制應(yīng)用場景（自動化工廠應(yīng)用和狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用），以及介紹10BASE-T1L該如何連接，來深入了解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(yīng)用 · 應(yīng)用一：過程自動化工廠 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)也稱為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(xiàn)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接口過渡到基于10BASE-T1L工業(yè)以太網(wǎng)的過程。 
圖1：過程控制自動化工廠應(yīng)用（圖片來源: ADI） 傳統(tǒng)的4 mA至20 mA和HART接口已經(jīng)成功部署在自動化應(yīng)用中多年，不會馬上消失，而是與新的10BASE-T1L設(shè)備共存。 有多種形式連接：對于4 mA到20 mA以及HART接口設(shè)備，可以直接連接PLC，也可以通過連接遠(yuǎn)程I/O設(shè)備再連接到PLC。對于支持10BASE-T1L的設(shè)備，可以直接連接PLC，也可以通過連接現(xiàn)場交換機(jī)再連接到PLC。 危險(xiǎn)區(qū)域劃分：“危險(xiǎn)區(qū)域”是指大氣中可能含有的足量易燃易爆物質(zhì)，如可燃?xì)怏w、粉塵或可燃纖維等，當(dāng)電氣設(shè)備長時間處于該環(huán)境下，會有爆炸以及火災(zāi)的危險(xiǎn)。對于一些自動化工廠，實(shí)際應(yīng)用環(huán)境可能會很復(fù)雜。為了防止?jié)撛诘谋ㄎｋU(xiǎn)，需要對區(qū)域進(jìn)行劃分。不同區(qū)域?qū)τ陔姎庠O(shè)備電氣性能的要求也不一樣。
表1：危險(xiǎn)區(qū)域等級的劃分（根據(jù)國際電工委員會/歐洲電工委員會） 越危險(xiǎn)的地方，要求設(shè)備的安全性越高。這個時候，10BASE-T1L的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。 因?yàn)樵谖ｋU(xiǎn)環(huán)境中，對于10BASE-T1L的設(shè)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(tǒng)4 mA至20 mA的設(shè)備，只能夠提供約36mW功率。 這意味著有許多功能強(qiáng)/性能好的設(shè)備，可通過10BASE-T1L在危險(xiǎn)環(huán)境中使用。 而在安全的環(huán)境，根據(jù)所用電纜的不同，10BASE-T1L的設(shè)備的功率傳輸可達(dá)到60W。 · 應(yīng)用二：狀態(tài)監(jiān)測 當(dāng)然，不是所有應(yīng)用需要分區(qū)域。比如狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用，可以直接通過10BASE-T1L，把節(jié)點(diǎn)設(shè)備連接到云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。狀態(tài)監(jiān)測可以延長設(shè)備壽命，提高質(zhì)量，提高安全性。
圖2：狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用（圖片來源: ADI） 如上圖，狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用正在從傳統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用（泵、壓縮機(jī)和風(fēng)扇）擴(kuò)展到數(shù)控機(jī)床、機(jī)床、編碼器、傳送帶、機(jī)器人和儀器的新應(yīng)用。 10BASE-T1L如何連接？ 通過10BASE-T1L連接現(xiàn)場設(shè)備，一般需要以下四個部分: 傳感器、集成MAC功能的控制器、PHY收發(fā)器、SPE單對雙絞線。
圖3：基于10BASE-T1L連接現(xiàn)場設(shè)備（圖片來源: ADI） · 傳感器 由于收集現(xiàn)場的節(jié)點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，比如，機(jī)床馬達(dá)上的振動傳感器。可參考的相關(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 通過下表，我們先了解一下什么是MAC和PHY，以及他們之間的區(qū)別。
表2：MAC和PHY的比較 一些10BASE-T1L收發(fā)器，集成了MAC與PHY兩個功能。比如，ADI ADIN1110， 集成了MAC與PHY兩個功能, 通過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MII/RMII/RGMII接口相連。 · SPE單對雙絞線 10BASE-T1L標(biāo)準(zhǔn)沒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在單對雙絞線上運(yùn)行，可以在1km的距離上提供10mbps的速度，同時可以傳輸數(shù)據(jù)和電源。單對雙絞線布線具有成本低、尺寸小、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)。 有關(guān)單對雙絞線的更多信息，可以訪問Digi-Key單對雙絞線。 10BASE-T1L的優(yōu)勢在哪里？ IEEE 802.3cg™-2019標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范管理10BASE-T1L連接。這個單對以太網(wǎng)（SPE）媒介標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)10Mbps的通信速度，并支持通過長達(dá)1 km的單條雙絞線提供電源和傳輸數(shù)據(jù)。
下表中，我們對10BASE-T1L與現(xiàn)有的有線技術(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(dāng)前使用的有線技術(shù)進(jìn)行了比較 當(dāng)然10BASE-T1L也不是完全完美的，10BASE-T1L也留下了安全隱患。通過加密設(shè)備ID進(jìn)行的設(shè)備安全認(rèn)證、數(shù)據(jù)傳輸加密、設(shè)置阻止外部實(shí)體訪問安全設(shè)備的防火墻，可以大幅降低風(fēng)險(xiǎn)。 本文小結(jié) 10BASE-T1L消除了對復(fù)雜、耗電的網(wǎng)關(guān)的需求，有望將IIoT的優(yōu)勢擴(kuò)展到工廠、建筑和加工廠的偏遠(yuǎn)角落，甚至擴(kuò)展到目前為止傳感器和其他端點(diǎn)連接受限的危險(xiǎn)地點(diǎn)，從而加速工業(yè)4.0的發(fā)展。 |
