10BASE-T1L工业以太网如何用？怎么连？

来源：Digi-Key
作者：Alan Yang

10BASE-T1L目前在工厂自动化、监控、楼宇自动化等领域获得了显著的发展。本文通过两个过程控制应用场景（自动化工厂应用和状态监测应用），以及介绍10BASE-T1L该如何连接，来深入了解10BASE-T1L工业以太网究竟有哪些优势。

工业以太网应用

· 应用一：过程自动化工厂

802.3cg标准也称为10BASE-T1L，是一种工业以太网网络协议。10BASE-T1L核心能力是一种全双工、直流平衡、点对点通信方案，实现了跨信息技术（IT）和操作技术（OT）网络的聚合以太网。

下图显示从4 mA到20 mA以及HART接口过渡到基于10BASE-T1L工业以太网的过程。


图1：过程控制自动化工厂应用（图片来源: ADI）

传统的4 mA至20 mA和HART接口已经成功部署在自动化应用中多年，不会马上消失，而是与新的10BASE-T1L设备共存。

有多种形式连接：对于4 mA到20 mA以及HART接口设备，可以直接连接PLC，也可以通过连接远程I/O设备再连接到PLC。对于支持10BASE-T1L的设备，可以直接连接PLC，也可以通过连接现场交换机再连接到PLC。

危险区域划分：“危险区域”是指大气中可能含有的足量易燃易爆物质，如可燃气体、粉尘或可燃纤维等，当电气设备长时间处于该环境下，会有爆炸以及火灾的危险。对于一些自动化工厂，实际应用环境可能会很复杂。为了防止潜在的爆炸危险，需要对区域进行划分。不同区域对于电气设备电气性能的要求也不一样。


表1：危险区域等级的划分（根据国际电工委员会/欧洲电工委员会）

越危险的地方，要求设备的安全性越高。这个时候，10BASE-T1L的优势就体现出来了。

因为在危险环境中，对于10BASE-T1L的设备，其峰峰值可以低至1.0 V，可以支持500mW的功率传输。而对比传统4 mA至20 mA的设备，只能够提供约36mW功率。

这意味着有许多功能强/性能好的设备，可通过10BASE-T1L在危险环境中使用。 而在安全的环境，根据所用电缆的不同，10BASE-T1L的设备的功率传输可达到60W。

· 应用二：状态监测

当然，不是所有应用需要分区域。比如状态监测应用，可以直接通过10BASE-T1L，把节点设备连接到云端，实现远程监控。状态监测可以延长设备寿命，提高质量，提高安全性。


图2：状态监测应用（图片来源: ADI）

如上图，状态监测应用正在从传统设备应用（泵、压缩机和风扇）扩展到数控机床、机床、编码器、传送带、机器人和仪器的新应用。

10BASE-T1L如何连接？

通过10BASE-T1L连接现场设备，一般需要以下四个部分: 传感器、集成MAC功能的控制器、PHY收发器、SPE单对双绞线。


图3：基于10BASE-T1L连接现场设备（图片来源: ADI）

· 传感器

由于收集现场的节点设备产生的数据，比如，机床马达上的振动传感器。可参考的相关技术资源如下：

→ Digi-Key加速度传感器

→ 更多Digi-Key传感器

· MCU控制器

→ Digi-Key MCU控制器

· 10BASE-T1L  MAC+PHY收发器

通过下表，我们先了解一下什么是MAC和PHY，以及他们之间的区别。


表2：MAC和PHY的比较

一些10BASE-T1L收发器，集成了MAC与PHY两个功能。比如，ADI ADIN1110， 集成了MAC与PHY两个功能, 通过SPI接口与MCU相连。

还有一些10BASE-T1L收发器只包含PHY功能。比如，ADI ADIN1100, ADIN1200，ADIN1300，这就需要MCU带有MAC功能，PHY芯片与MCU通过MII/RMII/RGMII接口相连。

· SPE单对双绞线

10BASE-T1L标准没有定义特定的传输介质（电缆）；相反，它定义了信道模型（回波损耗和插入损耗要求）。

单对以太网（SPE）物理层，SPE在单对双绞线上运行，可以在1km的距离上提供10mbps的速度，同时可以传输数据和电源。单对双绞线布线具有成本低、尺寸小、易于安装等优点。

有关单对双绞线的更多信息，可以访问Digi-Key单对双绞线。

10BASE-T1L的优势在哪里？

IEEE 802.3cg™-2019标准用于规范管理10BASE-T1L连接。这个单对以太网（SPE）媒介标准可实现10Mbps的通信速度，并支持通过长达1 km的单条双绞线提供电源和传输数据。



下表中，我们对10BASE-T1L与现有的有线技术进行了比较，10BASE-T1L的性能优势也就一目了然了。


表3：10BASE-T1L与当前使用的有线技术进行了比较

当然10BASE-T1L也不是完全完美的，10BASE-T1L也留下了安全隐患。通过加密设备ID进行的设备安全认证、数据传输加密、设置阻止外部实体访问安全设备的防火墙，可以大幅降低风险。

本文小结

10BASE-T1L消除了对复杂、耗电的网关的需求，有望将IIoT的优势扩展到工厂、建筑和加工厂的偏远角落，甚至扩展到目前为止传感器和其他端点连接受限的危险地点，从而加速工业4.0的发展。