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。通過(guò)該協(xié)議，可以打破在工廠(chǎng)執行一線(xiàn)服務(wù)的基本操作設備（傳感器、閥、執行器和控件）與實(shí)現新智能工廠(chǎng)智能的企業(yè)數據、比特和字節庫之間的屏障。10BASE-T1L網(wǎng)絡(luò )將成為向數據和分析驅動(dòng)型工廠(chǎng)運營(yíng)模式轉變的重要推動(dòng)因素，這種趨勢被稱(chēng)為工業(yè)4.0。

 

這是否意味著(zhù)工業(yè)工程師就應準備用10BASE-T1L基礎設施替換4 mA至20 mA或HART系統，即使802.3cg標準才剛剛設定？
 

從4 mA至20 mA或HART成功轉變?yōu)?0BASE-T1L的關(guān)鍵因素是什么？

 

圖1.10BASE-T1L可對工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )邊緣進(jìn)行大數據分析

 

數據分析支持提高生產(chǎn)力和效率

 

工業(yè)4.0實(shí)施正在橫掃每一個(gè)現代工廠(chǎng)運作。工業(yè)4.0的核心是希望通過(guò)大數據獲利。新分析軟件已經(jīng)開(kāi)始改變工業(yè)操作和維護工廠(chǎng)設備及廠(chǎng)房的方式。當通過(guò)分析得到的見(jiàn)解揭示明顯不同的數據集的模式時(shí)，通常是最深刻的。

 

能夠從工廠(chǎng)設備中可靠地獲取的數據越多，數據類(lèi)型越多，軟件支持狀態(tài)監控和預測性維護等先進(jìn)功能的機會(huì )就越多。4 mA至20 mA和HART接口的低數據帶寬以及將其集成到企業(yè)計算基礎設施的有限范圍，阻礙了工程師向這些傳統端點(diǎn)應用分析。4 mA至20 mA和HART技術(shù)還限制了可供應給端點(diǎn)的電量和遠程操作設備的范圍。

 

因此，通過(guò)將現有4 mA至20 mA或HART設備轉變?yōu)?0BASE-T1L可獲得數據的優(yōu)勢，使用這些數據后，可提高生產(chǎn)力和效率。智能互聯(lián)工廠(chǎng)通常能夠減少計劃外停機，減少能源浪費，更好地利用設備和其他資產(chǎn)，以及更有效地部署人員。10BASE-T1L連接承諾將這些優(yōu)勢延伸到工廠(chǎng)的各個(gè)角落，在這些地方，傳感器和其他端點(diǎn)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò )范圍之外運行。

 

10BASE-T1L：更高的數據速率和功率輸出

 

安裝10BASE-T1L設備的情況取決于802.3cg標準提供的一組功能。10BASE-T1L連接提供以下功能：

 

●  通過(guò)長(cháng)達1千米的電纜實(shí)現最大數據速率10 Mbps。

●  向Zone 0本質(zhì)安全應用中的端點(diǎn)提供高達500 mW功率，從而操作比4 mA至20 mA或HART系統所能支持的更廣泛、更復雜的端點(diǎn)。它還可向非本質(zhì)安全應用提供高達60 W功率，具體取決于布線(xiàn)。

●  有可能重復使用現有、已安裝的雙絞線(xiàn)。

●  豐富的設備管理選項，包括從連接的設備提供診斷數據，以及為其提供軟件更新。

●  每個(gè)節點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)地址，將物聯(lián)網(wǎng)功能擴展到工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )邊緣。通過(guò)IP地址，不僅可監控節點(diǎn)，還可遠程管理節點(diǎn)。

●  與企業(yè)網(wǎng)絡(luò )基礎設施集成。

 

從硬件的角度來(lái)看，實(shí)施10BASE-T1L設備通常很簡(jiǎn)單。這是因為用于10BASE-T1L通信的物理介質(zhì)是一根雙絞線(xiàn)。這甚至可能是傳輸4 mA至20 mA或HART通信的同一根電纜。802.3cg標準支持安裝在危險（防爆）環(huán)境中。

 

早期可能在混合設備上實(shí)施10BASE-T1L，混合設備同時(shí)支持舊接口（如4 mA至20 mA）和新工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。

在10BASE-T1L上取得成功

 

ADI公司將在許多客戶(hù)采用工業(yè)4.0技術(shù)的過(guò)程中扮演重要角色。我們的經(jīng)驗表明，兩個(gè)關(guān)鍵因素將決定10BASE-T1L項目是否成功：

?

●  對數據的關(guān)注

●  網(wǎng)絡(luò )安全性

 

一旦關(guān)注起10BASE-T1L實(shí)施的操作細節，工程師可能就會(huì )忽略實(shí)施它的原因，即揭開(kāi)端點(diǎn)（如傳感器）操作的真相，并將其中的豐富數據流饋入企業(yè)級數據分析引擎中。

 

因此，10BASE-T1L項目取得成功面臨的最大風(fēng)險不是端點(diǎn)本身，而是物理基礎設施；問(wèn)題通常出現在后端，當對處理和使用來(lái)自新連接端點(diǎn)的數據集準備不充分時(shí)。

 

因此，著(zhù)手安裝10BASE-T1L的工業(yè)工程師應該考慮到這些問(wèn)題：

 

●  通過(guò)從傳感器和其他端點(diǎn)獲得的數據，我能獲得哪些類(lèi)型的見(jiàn)解？

●  如何將這些數據整合到企業(yè)級控制系統？來(lái)自端點(diǎn)的數據的格式是否兼容或是否需要轉換？

●  通過(guò)數據分析得出的見(jiàn)解將如何改進(jìn)過(guò)程或系統？

 

工程師要面臨的第二個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是安全性。只要端點(diǎn)通過(guò)10BASE-T1L網(wǎng)絡(luò )連接，端點(diǎn)面臨的威脅的性質(zhì)就會(huì )發(fā)生很大的改變。以前通過(guò)4 mA至20 mA連接時(shí)，不夠復雜的連接降低了攻擊風(fēng)險。

 

802.3cg標準提供的出色連接（包括每個(gè)節點(diǎn)的IP地址）使得每個(gè)端點(diǎn)都容易受到通過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行的遠程攻擊。工廠(chǎng)一安裝10BASE-T1L，將4 mA至20 mA或HART端點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò )隔離的固有物理防火墻就會(huì )消失。

 

這意味著(zhù)，各個(gè)節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )基礎設施本身必須通過(guò)實(shí)施各種技術(shù)來(lái)確保安全，如：

 

●  通過(guò)加密設備ID進(jìn)行的設備安全認證

●  數據傳輸加密

●  阻止外部實(shí)體訪(fǎng)問(wèn)安全設備的防火墻

 

圖2.使用10BASE-T1L為企業(yè)級數據分析引擎解鎖豐富的數據流

 

從工業(yè)4.0項目中汲取經(jīng)驗教訓

 

在802.3cg標準認可后，一直在加速開(kāi)發(fā)10BASE-T1L兼容的組件和設備。在我們這方面，ADI一直與工業(yè)設備制造商合作，確保他們能夠遵循路線(xiàn)圖，推出支持10BASE-T1L網(wǎng)絡(luò )的系統。業(yè)界預計，到2021年中提供10BASE-T1L功能的產(chǎn)品將上市。

 

ADI在支持客戶(hù)實(shí)施新技術(shù)方面的豐富經(jīng)驗將有助于成功推出這些10BASE-T1L產(chǎn)品。工業(yè)自動(dòng)化部門(mén)將支持這種技術(shù)的實(shí)施，因為這個(gè)部門(mén)將以技術(shù)為中心的開(kāi)發(fā)人員和專(zhuān)注于客戶(hù)應用的市場(chǎng)導向型人員組合在一起。這種基于團隊的模式將技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識與市場(chǎng)洞察力相結合，帶給客戶(hù)正確的指導。

 

對于10BASE-T1L，這種模式將提供PHY產(chǎn)品并支持完整通信堆棧。它還考慮到了工業(yè)產(chǎn)品較長(cháng)的商業(yè)使用壽命，由預測連續生產(chǎn)數十年兼容10BASE-T1L產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足工業(yè)客戶(hù)期戶(hù)的路線(xiàn)圖支持。

 

ADI公司和其他公司快速開(kāi)發(fā)10BASE-T1L組件，將使工業(yè)設備制造商能夠開(kāi)始開(kāi)發(fā)支持工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的新產(chǎn)品。在支持標準開(kāi)發(fā)過(guò)程的強大工業(yè)公司聯(lián)盟的支持下，10BASE-T1L技術(shù)預計將取代4 mA至20 mA和HART接口，并加速采用工業(yè)4.0。

 

圖3.ADI Chronous、可擴展以太網(wǎng)，恰到好處

 

有關(guān)ADI Chronous™工業(yè)以太網(wǎng)解決方案組合及其如何加速轉變?yōu)楝F實(shí)世界工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)analog.com/chronous。

 

作者簡(jiǎn)介

 

Brendan O’Dowd是ADI公司工業(yè)自動(dòng)化業(yè)務(wù)部總經(jīng)理，該部門(mén)專(zhuān)注于工廠(chǎng)環(huán)境中現實(shí)世界信息的感知、交流、解譯和分析技術(shù)開(kāi)發(fā)。他是一位工廠(chǎng)環(huán)境中人機協(xié)作技術(shù)專(zhuān)家，致力于以顛覆性技術(shù)創(chuàng )新打造未來(lái)工廠(chǎng)。Brendan擁有30多年的技術(shù)行業(yè)經(jīng)驗，在加入ADI公司之前，曾就職于Tellabs和Apple。他擁有科克理工學(xué)院工程學(xué)位和利默里克大學(xué)計算機工程碩士學(xué)位。 

 

 

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