新型单对以太网：用于状态监测应用的高质量资产运行状况洞察和双线通电

状态监测在智能工业中的重要性

随着制造商和工厂运营商希望提高产量，同时降低维护成本和资产停机时间，实时、连续、状态监测和预测性维护解决方案的重要性与日俱增。状态监测可以延长设备寿命，提高制造质量，并提高制造工厂的安全性。

鉴于计划外停机可能占总制造成本的近四分之一，预测性维护有可能节省大量成本并提高生产力。

行业市场报告侧重于状态监测和预测性维护项目复合年增长率（CAGR）为25%至40%，由两个增长领域推动。首先是增加智能传感器的部署，以监控资产健康状况。第二个增长领域是越来越多地使用人工智能和高级分析，将资产运行状况数据转化为预测性维护的可操作见解，并创造新的基于服务的预测性维护业务模式机会。新状态监测部署的增长将涉及多个行业，包括：

废物和废水处理

制造业

纸张和纸浆

食品与饮料

药

金属和采矿

能源

石油和天然气装置

在这些行业中，状态监测应用正在从传统的旋转设备应用（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。

现有的通信挑战

从智能传感器到更高级别的管理系统的连接一直是状态监测应用的主要挑战之一。迄今为止，状态监测应用已根据最终应用要求使用有线或无线连接解决方案。无线连接解决方案在易于部署方面具有优势，但在带宽和/或电池寿命方面通常受到限制。有线连接解决方案有时在数据带宽方面受到限制，并且并不总是支持恶劣工业环境中的长距离连接，并且通常需要单独的电缆供电。

基于 100BASE-TX/10BASE-T 的现有工业以太网解决方案提供高达 100 Mb 的高数据带宽，并通过带 PoE 的 Cat-5 或 Cat-6e 电缆供电，但仅限于 100 米距离，并且不支持危险区域用例，因为它们是高功率解决方案。状态监测应用需要支持潜在的远程传感器，这些传感器需要长距离的可靠通信，其中传感器节点位于空间和功率受限的IP66/IP67外壳中，因为它部署在恶劣的工业环境中。这些受限的传感器节点应用需要低功耗、高数据带宽的通信解决方案，通过低成本、易于安装的电缆和传感器节点上的小型电缆连接器提供电源和数据。

采用单对以太网的新型连接解决方案

IEEE开发的新型单对以太网（SPE）物理层标准提供了新的连接解决方案，用于为状态监测应用传达资产运行状况见解。10BASE-T1L是IEEE于802年3月2019日批准的新的以太网物理层标准（IEEE 7.2019cg-10）。它将通过与现场级资产的无缝以太网连接显著提高运营效率，从而极大地改变自动化行业。1BASE-T0L解决了迄今为止将以太网的使用限制在现场资产上的挑战。这些挑战包括电源、带宽、布线、距离、数据孤岛和本质安全区 10（危险区域）应用。通过解决棕地升级和新绿地安装的这些挑战，1BASE-T2L将实现以前不可用的新资产运行状况洞察，并将其无缝传达给控制层和云/专用服务器。这些新见解将通过从现场资产到云或专用服务器的融合以太网网络，为数据分析、运营见解和生产力改进带来新的可能性（见图 <>）。

10BASE-T1L 以太网连接的优势

10BASE-T1L消除了传统通信连接到控制和管理网络所需的复杂、耗电网关的需求，并实现了跨信息技术（IT）和运营技术（OT）网络的融合以太网网络。这种融合网络简化了安装，简化了设备更换，并加快了网络调试和配置。这样可以加快软件更新速度，简化根本原因分析和字段级资产维护。10BASE-T1L物理层与消息传输协议（MQTT）相结合，为现场资产提供消息传递协议，为低功耗智能传感器提供低内存占用。MQTT 提供资产运行状况见解与云或专用服务器的直接连接，用于预测性维护技术的高级数据分析。

要与启用 10BASE-T1L 的现场资产通信，需要具有集成介质访问控制 （MAC） 的主机处理器、无源媒体转换器或具有 10BASE-T1L 端口的交换机。不需要其他软件、特殊驱动程序或自定义的 TCP/IP 堆栈（请参阅图 3）。这为10BASE-T1L设备带来了明显的优势：

10BASE-T1L是一种超低功耗物理层技术，可通过高数据带宽连接解决方案实现超低功耗智能传感器部署。

与10BASE-T1L连接的智能传感器可通过网络访问，并且可以随时随地进行远程更新。随着传感器变得越来越复杂，软件更新的可能性也在增加。现在可以通过快速以太网连接在实际时间内进行更新。

访问高级以太网网络诊断工具，简化根本原因分析。

通过单根双绞线电缆提高智能传感器安装灵活性，最远可达 1 公里及更远，并在单根双绞线上供电和数据。

现在，可通过现场资产上运行的 Web 服务器远程获取资产运行状况洞察，从而减少了维护技术人员在现场监控资产运行状况的需要，从而节省了大量成本。

10BASE-T1L，两根线上的电源和数据

ADI的10BASE-T1L PHY （ADIN1100）和独特的MAC PHY（ADIN1110）产品组合可在超过1700米的单根双绞线电缆上实现低功耗以太网连接，功耗分别仅为39 mW和43 mW。单对以太网供电 （SPoE） 或工程电源解决方案与 10BASE-T1L PHY 或 MAC PHY 相结合，通过单根双绞线电缆提供电源和数据。10 Mb数据带宽通信链路在同一根电缆上具有显著的功率能力，使具有电源和连接带宽的智能传感器能够支持新的状态监测应用。ADIN1110有助于业界功耗最低的系统设计，从而简化了向传感器添加以太网的过程，减轻了处理器技术的负担，无需集成MAC。ADI独特的MAC PHY技术为超低功耗处理器提供SPI接口，以实现更低的整体系统功耗，这对于传感器节点至关重要。借助 10BASE-T1L 连接，资产运行状况见解现在更易于访问，因为这些见解可通过融合的 IT/OT 以太网网络获得。10BASE-T1L 支持用于过程自动化部署的危险区域用例应用（本质安全区 0），有时也称为以太网 APL。10BASE-T1L/Ethernet-APL将实现新的低功耗解决方案，将资产健康监测智能传感器连接到更高级别的数据管理系统。这将使人工智能和高级分析系统能够将资产运行状况数据转化为可操作的见解，并部署新的预测。 维修服务。

系统级解决方案和 AI 平台可加速状态监测部署

用于状态监测应用的完整系统级解决方案将是实现更高质量数据和见解的关键，从而显著改善制造流程。10BASE-T1L/以太网APL的进步，以及ADI OtoSense等实时人工智能驱动的传感技术™，可以在客户系统的各个级别实现AI集成。ADI OtoSense平台可感测和解释任何声音、振动、压力、电流或温度，以提供基于状态的连续监控和按需诊断。它在边缘实时在线和离线地对现场资产进行操作。ADI OtoSense系统检测异常，并从与状态监测领域专家的互动中学习，同时创建数字指纹以帮助识别机器中的故障，从而在故障导致代价高昂的停机、损坏或灾难性故障之前预测故障。

传感、信号处理、连接、机械封装技术和边缘人工智能的进步正在实现新的状态监测解决方案和预测性维护服务，从而显著节省成本并提高生产率。

用于状态监测应用的新系统级解决方案将包括用于振动和冲击检测的MEMS传感器、用于数据采集的精密转换器技术以及用于创建高质量资产健康数据的边缘处理。低功耗、强大的有线和无线通信解决方案提供对资产运行状况数据的访问。无线通信解决方案包括SmartMesh或Wireless HART。有线通信解决方案包括RS-485或10BASE-T1L单对以太网，可在两条线上提供电源和数据。这些技术与高性能电源管理相结合，结合在资产监控解决方案（如OtoSense技术）中，这些解决方案是完整的硬件和AI监控解决方案，可以安装在设备上进行预测性维护。

更高质量的资产运行状况洞察和更快的连接将延长设备使用寿命，降低维护成本，消除计划外停机，同时保持智能工厂最高水平的制造质量和安全性。

审核编辑：郭婷