基于10BASE-T1L工业以太网的过程自动化工厂应用

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。

1. 基于10BASE-T1L工业以太网的过程自动化工厂应用

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。

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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,而是新的10BASE-T1L设备共存。

多种形式连接:

对于4 mA到20 mA 以及HART接口的设备,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,我们对区域划分。不同区域对于电气设备电气性能的要求也不一样。

划分危险区域的等级(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。
在危险环境中,对于10BASE-T1L的设备,峰峰值可以低至1.0 V,可以支持500 mW的功率传输。而对比传统4 mA至20 mA的设备,约可以提供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。

2. 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。

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2.1 传感器

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。

Digi-Key加速度传感器

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2.2 MCU 控制器

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2.3 10BASE-T1L MAC+PHY 收发器

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。

一些10BASE-T1L收发器只包含PHY功能
比如,ADI ADIN1100, ADIN1200ADIN1300,这就需要MCU带有MAC功能,PHY芯片与MCU通过MII/RMII/RGMII接口相连。

2.4 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。

Digi-Key单对双绞线

单双绞线布线具有成本低、尺寸小、易于安装等优点。