新型單對以太網：用于狀態(tài)監(jiān)測應用的高質量資產運行狀況洞察和雙線通電

狀態(tài)監(jiān)測在智能工業(yè)中的重要性

隨著制造商和工廠運營商希望提高產量，同時降低維護成本和資產停機時間，實時、連續(xù)、狀態(tài)監(jiān)測和預測性維護解決方案的重要性與日俱增。狀態(tài)監(jiān)測可以延長設備壽命，提高制造質量，并提高制造工廠的安全性。

鑒于計劃外停機可能占總制造成本的近四分之一，預測性維護有可能節(jié)省大量成本并提高生產力。

行業(yè)市場報告?zhèn)戎赜跔顟B(tài)監(jiān)測和預測性維護項目復合年增長率（CAGR）為25%至40%，由兩個增長領域推動。首先是增加智能傳感器的部署，以監(jiān)控資產健康狀況。第二個增長領域是越來越多地使用人工智能和高級分析，將資產運行狀況數(shù)據轉化為預測性維護的可操作見解，并創(chuàng)造新的基于服務的預測性維護業(yè)務模式機會。新狀態(tài)監(jiān)測部署的增長將涉及多個行業(yè)，包括：

廢物和廢水處理

制造業(yè)

紙張和紙漿

食品與飲料

藥

金屬和采礦

能源

石油和天然氣裝置

在這些行業(yè)中，狀態(tài)監(jiān)測應用正在從傳統(tǒng)的旋轉設備應用（泵、壓縮機和風扇）擴展到數(shù)控機床、機床、編碼器、傳送帶、機器人和儀器的新應用。

現(xiàn)有的通信挑戰(zhàn)

從智能傳感器到更高級別的管理系統(tǒng)的連接一直是狀態(tài)監(jiān)測應用的主要挑戰(zhàn)之一。迄今為止，狀態(tài)監(jiān)測應用已根據最終應用要求使用有線或無線連接解決方案。無線連接解決方案在易于部署方面具有優(yōu)勢，但在帶寬和/或電池壽命方面通常受到限制。有線連接解決方案有時在數(shù)據帶寬方面受到限制，并且并不總是支持惡劣工業(yè)環(huán)境中的長距離連接，并且通常需要單獨的電纜供電。

基于 100BASE-TX/10BASE-T 的現(xiàn)有工業(yè)以太網解決方案提供高達 100 Mb 的高數(shù)據帶寬，并通過帶 PoE 的 Cat-5 或 Cat-6e 電纜供電，但僅限于 100 米距離，并且不支持危險區(qū)域用例，因為它們是高功率解決方案。狀態(tài)監(jiān)測應用需要支持潛在的遠程傳感器，這些傳感器需要長距離的可靠通信，其中傳感器節(jié)點位于空間和功率受限的IP66/IP67外殼中，因為它部署在惡劣的工業(yè)環(huán)境中。這些受限的傳感器節(jié)點應用需要低功耗、高數(shù)據帶寬的通信解決方案，通過低成本、易于安裝的電纜和傳感器節(jié)點上的小型電纜連接器提供電源和數(shù)據。

采用單對以太網的新型連接解決方案

IEEE開發(fā)的新型單對以太網（SPE）物理層標準提供了新的連接解決方案，用于為狀態(tài)監(jiān)測應用傳達資產運行狀況見解。10BASE-T1L是IEEE于802年3月2019日批準的新的以太網物理層標準（IEEE 7.2019cg-10）。它將通過與現(xiàn)場級資產的無縫以太網連接顯著提高運營效率，從而極大地改變自動化行業(yè)。1BASE-T0L解決了迄今為止將以太網的使用限制在現(xiàn)場資產上的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括電源、帶寬、布線、距離、數(shù)據孤島和本質安全區(qū) 10（危險區(qū)域）應用。通過解決棕地升級和新綠地安裝的這些挑戰(zhàn)，1BASE-T2L將實現(xiàn)以前不可用的新資產運行狀況洞察，并將其無縫傳達給控制層和云/專用服務器。這些新見解將通過從現(xiàn)場資產到云或專用服務器的融合以太網網絡，為數(shù)據分析、運營見解和生產力改進帶來新的可能性（見圖 <>）。

10BASE-T1L 以太網連接的優(yōu)勢

10BASE-T1L消除了傳統(tǒng)通信連接到控制和管理網絡所需的復雜、耗電網關的需求，并實現(xiàn)了跨信息技術（IT）和運營技術（OT）網絡的融合以太網網絡。這種融合網絡簡化了安裝，簡化了設備更換，并加快了網絡調試和配置。這樣可以加快軟件更新速度，簡化根本原因分析和字段級資產維護。10BASE-T1L物理層與消息傳輸協(xié)議（MQTT）相結合，為現(xiàn)場資產提供消息傳遞協(xié)議，為低功耗智能傳感器提供低內存占用。MQTT 提供資產運行狀況見解與云或專用服務器的直接連接，用于預測性維護技術的高級數(shù)據分析。

要與啟用 10BASE-T1L 的現(xiàn)場資產通信，需要具有集成介質訪問控制 （MAC） 的主機處理器、無源媒體轉換器或具有 10BASE-T1L 端口的交換機。不需要其他軟件、特殊驅動程序或自定義的 TCP/IP 堆棧（請參閱圖 3）。這為10BASE-T1L設備帶來了明顯的優(yōu)勢：

10BASE-T1L是一種超低功耗物理層技術，可通過高數(shù)據帶寬連接解決方案實現(xiàn)超低功耗智能傳感器部署。

與10BASE-T1L連接的智能傳感器可通過網絡訪問，并且可以隨時隨地進行遠程更新。隨著傳感器變得越來越復雜，軟件更新的可能性也在增加。現(xiàn)在可以通過快速以太網連接在實際時間內進行更新。

訪問高級以太網網絡診斷工具，簡化根本原因分析。

通過單根雙絞線電纜提高智能傳感器安裝靈活性，最遠可達 1 公里及更遠，并在單根雙絞線上供電和數(shù)據。

現(xiàn)在，可通過現(xiàn)場資產上運行的 Web 服務器遠程獲取資產運行狀況洞察，從而減少了維護技術人員在現(xiàn)場監(jiān)控資產運行狀況的需要，從而節(jié)省了大量成本。

10BASE-T1L，兩根線上的電源和數(shù)據

ADI的10BASE-T1L PHY （ADIN1100）和獨特的MAC PHY（ADIN1110）產品組合可在超過1700米的單根雙絞線電纜上實現(xiàn)低功耗以太網連接，功耗分別僅為39 mW和43 mW。單對以太網供電 （SPoE） 或工程電源解決方案與 10BASE-T1L PHY 或 MAC PHY 相結合，通過單根雙絞線電纜提供電源和數(shù)據。10 Mb數(shù)據帶寬通信鏈路在同一根電纜上具有顯著的功率能力，使具有電源和連接帶寬的智能傳感器能夠支持新的狀態(tài)監(jiān)測應用。ADIN1110有助于業(yè)界功耗最低的系統(tǒng)設計，從而簡化了向傳感器添加以太網的過程，減輕了處理器技術的負擔，無需集成MAC。ADI獨特的MAC PHY技術為超低功耗處理器提供SPI接口，以實現(xiàn)更低的整體系統(tǒng)功耗，這對于傳感器節(jié)點至關重要。借助 10BASE-T1L 連接，資產運行狀況見解現(xiàn)在更易于訪問，因為這些見解可通過融合的 IT/OT 以太網網絡獲得。10BASE-T1L 支持用于過程自動化部署的危險區(qū)域用例應用（本質安全區(qū) 0），有時也稱為以太網 APL。10BASE-T1L/Ethernet-APL將實現(xiàn)新的低功耗解決方案，將資產健康監(jiān)測智能傳感器連接到更高級別的數(shù)據管理系統(tǒng)。這將使人工智能和高級分析系統(tǒng)能夠將資產運行狀況數(shù)據轉化為可操作的見解，并部署新的預測。 維修服務。

系統(tǒng)級解決方案和 AI 平臺可加速狀態(tài)監(jiān)測部署

用于狀態(tài)監(jiān)測應用的完整系統(tǒng)級解決方案將是實現(xiàn)更高質量數(shù)據和見解的關鍵，從而顯著改善制造流程。10BASE-T1L/以太網APL的進步，以及ADI OtoSense等實時人工智能驅動的傳感技術?，可以在客戶系統(tǒng)的各個級別實現(xiàn)AI集成。ADI OtoSense平臺可感測和解釋任何聲音、振動、壓力、電流或溫度，以提供基于狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控和按需診斷。它在邊緣實時在線和離線地對現(xiàn)場資產進行操作。ADI OtoSense系統(tǒng)檢測異常，并從與狀態(tài)監(jiān)測領域專家的互動中學習，同時創(chuàng)建數(shù)字指紋以幫助識別機器中的故障，從而在故障導致代價高昂的停機、損壞或災難性故障之前預測故障。

傳感、信號處理、連接、機械封裝技術和邊緣人工智能的進步正在實現(xiàn)新的狀態(tài)監(jiān)測解決方案和預測性維護服務，從而顯著節(jié)省成本并提高生產率。

用于狀態(tài)監(jiān)測應用的新系統(tǒng)級解決方案將包括用于振動和沖擊檢測的MEMS傳感器、用于數(shù)據采集的精密轉換器技術以及用于創(chuàng)建高質量資產健康數(shù)據的邊緣處理。低功耗、強大的有線和無線通信解決方案提供對資產運行狀況數(shù)據的訪問。無線通信解決方案包括SmartMesh或Wireless HART。有線通信解決方案包括RS-485或10BASE-T1L單對以太網，可在兩條線上提供電源和數(shù)據。這些技術與高性能電源管理相結合，結合在資產監(jiān)控解決方案（如OtoSense技術）中，這些解決方案是完整的硬件和AI監(jiān)控解決方案，可以安裝在設備上進行預測性維護。

更高質量的資產運行狀況洞察和更快的連接將延長設備使用壽命，降低維護成本，消除計劃外停機，同時保持智能工廠最高水平的制造質量和安全性。

審核編輯：郭婷