1.逃離自動(dòng)化孤島
IoT——物聯(lián)網(wǎng)——描述的是虛 擬與真實(shí)物體的聯(lián)網(wǎng)，目的是使用 信息和通信技術(shù)使它們協(xié)同工作。 我們?nèi)粘Ｉ钪械奈矬w可獲得數(shù)字化技能。因此，它們會(huì)變成能夠加入數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的真實(shí) 物體。此過程也發(fā)生在工業(yè)應(yīng)用中，它被稱作工業(yè)物聯(lián) 網(wǎng) (IIoT)。 越來越多的工業(yè)元件也成為智能的參與者。 這些元件不再局限于公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，而是成為互聯(lián)網(wǎng)的 一部分。數(shù)據(jù)的收集、評(píng)估和使用增多，催生了強(qiáng)大的 基礎(chǔ)設(shè)施的需求。同時(shí)，人們期望這種基礎(chǔ)設(shè)施占據(jù)更 少的空間并使用更少的資源。隨著越來越多的傳感器加 入網(wǎng)絡(luò)，帶寬需求不斷增加，如何提升效率成為這里的 關(guān)鍵。迫切需要新技術(shù)。 在自動(dòng)化領(lǐng)域，“自動(dòng)化孤 島”一詞指在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)別占主導(dǎo)地位的整個(gè)獨(dú)立和專有( 至今為模擬) 網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在，應(yīng)該打破并消除以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)和模擬現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)之間的這種經(jīng)典系統(tǒng)格局。目 的在于將以太網(wǎng)從云延伸到每個(gè)傳感器。每個(gè)傳感器都 將是智能的，且能夠單獨(dú)進(jìn)行評(píng)估——因此，這是通往 IIoT 道路上的關(guān)鍵一步。然而，我們?nèi)匀鄙俸线m的基礎(chǔ) 設(shè)施。目前的網(wǎng)絡(luò)基于 2 對(duì)或 4 對(duì)電纜和連接器。但 是，考慮到現(xiàn)場(chǎng)必須連接的傳感器和致動(dòng)器的絕對(duì)數(shù) 量，這種傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施過大且過于昂貴。這是總線電 纜被采用以節(jié)省空間和降低成本的原因。
我們給出的解決方案叫做單對(duì)以太網(wǎng)這種高性能以 太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的解決方案基于一對(duì)絞銅線: 單對(duì)以太 網(wǎng)——IIoT 的基礎(chǔ)設(shè)施
2.一對(duì)就足夠了—— SPE 使現(xiàn)場(chǎng)級(jí)變得智能
從云到傳感器:最近在自動(dòng)化 環(huán)境中，經(jīng)常可以聽到這種說法。
這種說法通常與 IIoT 和 I4.0 等大趨勢(shì)相聯(lián)系。它指的是 基于以太網(wǎng)的持續(xù)TCP/IP 通信，目前主要涉及從云應(yīng)用 到制造業(yè)的分發(fā)層。此前，在以 太網(wǎng)和總線系統(tǒng)之間的 通信系統(tǒng)中存在經(jīng)典斷裂，現(xiàn)在，只需使用一對(duì)絞線， 現(xiàn)代元件即可將快速的以太網(wǎng)(速度高達(dá) 1 GBit/s)結(jié) 合到最小的應(yīng)用中。因此，SPE 首次實(shí)現(xiàn)了 TCP/IP 協(xié) 議的一致使用。這促進(jìn)了新設(shè)備和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，尤 其是傳感器/致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。傳感器變得“智能”， 成為整體網(wǎng)絡(luò)的一部分。這提高了參數(shù)化、初始化和編 程的速度。使用 SPE 時(shí)——無論通過簡(jiǎn)單的狀態(tài)傳感器 還是由高分辨率攝像頭組成的現(xiàn)代視覺系統(tǒng)——將使物 聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)活動(dòng)也變得智能。
基礎(chǔ)
在汽車行業(yè)提出新的基于 TCP/IP 協(xié)議的總線取代 傳統(tǒng)的 CAN 總線的需求之后，IEEE 802.3工作組發(fā)布 了第一個(gè) SPE 標(biāo)準(zhǔn)，即 IEEE 802.3bw-2015 第 96 條中100BASE-T1 標(biāo)準(zhǔn)。 然而，自動(dòng)駕駛或半自動(dòng) 駕駛需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，在第一個(gè)可達(dá) 100Mbit/s 的 SPE 標(biāo)準(zhǔn)之后，千兆版標(biāo)準(zhǔn)也很快地跟 進(jìn)。現(xiàn)在基于 IEEE 802.3bp 標(biāo)準(zhǔn)的 1000BASE-T1 以太網(wǎng)技術(shù)目前已經(jīng)出爐，僅通過一對(duì)銅線即可實(shí)現(xiàn) 1 Gbit/s 的傳輸速度。IEEE 目前正在根據(jù)高分辨率傳感 器和視頻傳輸?shù)男枰贫硪粋€(gè)具有可達(dá) 10 Gbit/s 的更高數(shù)據(jù)傳輸速率的標(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802.3ch)。2020 年 2 月發(fā)布了一個(gè)僅可達(dá) 10 Mbit/s (IEEE 802.3cg) 的 標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)與很多行業(yè)息息相關(guān)，因?yàn)樗沟脗鬏? 距離達(dá)到 1,000 米，因此可以替換幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線。2019 年 3 月成立的另一個(gè)工作組旨在處理高于 10 Gbit/s 的傳輸速率。它們的目標(biāo)是 25 Gbit/s 和 50 Gbit/s。這些高數(shù)據(jù)傳輸速率是自動(dòng)駕駛和車輛內(nèi)新的 緯向計(jì)算機(jī)架構(gòu)所需的技術(shù)。SPE 是適用于此的理想 技術(shù)。
工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域已認(rèn)識(shí)到這種潛力
工業(yè)界(生產(chǎn)和自動(dòng)化)與汽車行業(yè)擁有相似的問 題，因?yàn)樗笳瞎I(yè)，也即在自動(dòng)化生產(chǎn)中，從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)(傳感器/致動(dòng)器網(wǎng)絡(luò))到工具和工件的整合。它 要求網(wǎng)絡(luò)策略可通用，同時(shí)可持續(xù)發(fā)展適應(yīng)未來需求。 換言之，我們需要的 IT 解決方案是非專有的且可滿足 工業(yè)中常見的可用性和安全性標(biāo)準(zhǔn)。SPE 是適用于此的 合適技術(shù)。
SPE——使用新的布線還是現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施?
· SPE 提供眾多優(yōu)勢(shì):
· 端對(duì)端的基于 TCP/IP 的通信和電源接口以取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線
· 高安全性和 100% 可用性
· 從幾米到超過 1000 米的廣闊范圍
· 電纜和配電器所需的空間最小化
易于安裝
· 通過數(shù)據(jù)線 (PoDL) 同時(shí)為終端設(shè)備和傳感器
供電
· 不需要可再充電與不可再充電的電池，這是出于對(duì)環(huán)境的重大考慮。
· 通過更簡(jiǎn)單的操作以降低成本
因此，SPE 這項(xiàng)技術(shù)消除了有線通信的大多數(shù)限制。與其他技術(shù)(比如無線技術(shù))相比，它還彌補(bǔ)了電 纜的劣勢(shì)——基于應(yīng)用類型的考量。總之，SPE 突出了銅作為傳輸媒介強(qiáng)于光纖的優(yōu)勢(shì)。無線通信也面臨著新 的競(jìng)爭(zhēng)。
數(shù)據(jù)線供電——PoDL
與多對(duì)布線相似，SPE 的遠(yuǎn)程供電具有與以太網(wǎng)供 電 (PoE) 類似的新標(biāo)準(zhǔn)，它被稱作PoDL，即數(shù)據(jù)線供 電 (IEEE 802.3bu)。它使用非常小型的插入式連接器和 單對(duì)電纜將數(shù)據(jù)與電源結(jié)合在一起，有助于為更復(fù)雜系 統(tǒng)的微型化、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及模塊化趨勢(shì)提供 支持。這些都是工業(yè)、智能城市、建筑等領(lǐng)域內(nèi)非車輛 SPE 應(yīng)用快速發(fā)展的前提條件。
銅質(zhì)電纜以太網(wǎng)支持超過 1000 米的距離?是的! 通過SPE。
SPE 技術(shù)已經(jīng)在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)與目前主流的“ 多對(duì)以太網(wǎng)” (MPE) 相同的性能。目前，唯一的限制是 100 Mbit/s 和千兆 SPE 的有限傳輸范圍(分別為 15 m和 40 m)，這是由于汽車行業(yè)主要目標(biāo)群體的要求 所致。專家認(rèn)為還可以達(dá)到更長(zhǎng)的傳輸長(zhǎng)度。相關(guān)圖表 顯示，擴(kuò)展傳輸長(zhǎng)度在技術(shù)上可行。然而，為了將新增 的 SPE 標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展涵蓋于 IEEE 802.3 中，特別為了讓半 導(dǎo)體行業(yè)投資開發(fā)這些新芯片組，需要定義新的目標(biāo)應(yīng) 用和合適的潛在市場(chǎng)。這要求所有對(duì)擴(kuò)展 SPE 范圍感 興趣的各方展開開放合作。IEEE 802.3 的首個(gè)演示文 稿已經(jīng)發(fā)布并得到廣泛認(rèn)可。我們非常歡迎對(duì)這些目標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)的深入支持者。
