新しい10BASE-T1L規格

イーサネット22 6月 2022

白色とオレンジ色のEthernetケーブルで接続された複数のパッチパネルが入ったネットワークサーバーラックのクローズアップビュー。

さまざまなデバイス間のデータ通信は、日常生活の多くの側面で不可欠です。デバイスの増加と、デジタル化やインダストリー4.0によってもたらされたデータ量の劇的な増加が、通信の状況に変化を強いています。この記事では、接続性、ハードウェア、電力などを含む産業用2線式イーサネットの10BASE-T1L標準を詳しく見ていきます。

紹介

データ通信は、産業分野だけでなくプロセスオートメーションにおいてもますます重要な役割を果たしています。以前の4 mAから20 mA、またはFieldbusアプリケーションは、データ量の急増により限界に達しており、Ethernetが通信標準として結晶化しています。標準のEthernetである4線ソリューションは、10BASE-T1Lと呼ばれる2線ソリューションに進化し、1対のツイストケーブルまたはシングルペアEthernet（SPE）で構成されています。物理層の上で、10BASE-T1Lは既存のIndustrial Ethernetテクノロジーの100 Mbpsまたは1000 Mbpsと互換性があり、追加として機能します。

10BASE-T1Lは、特にプロセスオートメーションにおいて標準化されつつあり、この分野に大きな変化をもたらす可能性を秘めています。これまで、センサーとアクチュエータは通常、4 mAから20 mAのアナログインターフェースまたはFieldbusを介して接続されてきました。プロセスオートメーションでは、機械工学やプラントオートメーションとは異なり、これらのセンサーとアクチュエータは通常、制御システムまたはリモートI/Oシステムから離れた場所にあります。200 mから1000 m以上の距離は一般的です。

10BASE-T1Lとは何ですか？

名前 10BASE-T1L は、その意味を大まかに説明しています。ここでは Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) の略語が使用されています。

媒体タイプの「10」は、10 Mbps の伝送速度を指します。「BASE」はベースバンド信号を指し、これはイーサネット信号のみが媒体上で転送できることを意味します。「T」は「ツイストペア」を意味しています。数字の「1」は 1 キロメートルの範囲を表します。この場合、「L」は「ロングレンジ（長距離）」を意味し、1 キロメートル以上のセグメント長が可能であることを示しています。

どのデバイスと機械で10BASE-T1Lを使用でき、既存のインフラストラクチャをどの程度活用できますか？

10BASE-T1Lは、ほとんどのプロセスオートメーションアプリケーションにおいて標準化された4 mAから20 mA信号を置き換えるために設計されています。ただし、4 mAから20 mAの電流ループで接続された古いフィールド機器を10BASE-T1L対応のフィールド機器に置き換える必要があるわけではありません。これらの従来型デバイスは、ソフトウェアコンフィギュラブルI/O（SWIO）モジュールを介して接続でき、リモートI/Oは10 Mbpsイーサネットアップリンクを持つPLCへの接続ポイントとして機能します。

ソフトウェアコンフィギュラブルI/Oモジュールは、再構成可能なモジュールチャンネルを持ち、広範な再配線を必要とせずに迅速、簡単、リモートで作業できるようにします。チャンネルは、電流と電圧、またはデジタルとアナログのいずれの入力または出力としても構成可能です。

場合によっては、標準の一部として定義されているように、10BASE-T1Lを介してデバイスの電力とデータの両方を提供する必要があります。10BASE-T1Lは、最大1000 mのケーブル長に対して2.4 V、200 mまでの短距離に対して1 Vという2つの振幅モードをサポートします。この技術は、1.0 Vピーク・ツー・ピークの振幅モードを通じて防爆環境（危険区域）での使用も可能であり、そこに適用される厳しい最大エネルギー消費要件を満たしています。

10BASE-T1Lの利点は何ですか？

従来の4 mAから20 mAのHART®およびフィールドバスデバイスは、わずか数kbpsの限られたデータ帯域幅です。10BASE-T1Lを使用すると、10 Mbpsの速度に達することができます。これにより、プロセス値だけでなく、構成やパラメータ化情報などの追加デバイスパラメータをも送信することが可能になります。将来的には、ますます複雑化するセンサーのためのソフトウェアアップデートや、センサーへのラインでの短絡などの障害やネットワーク診断もデータラインを通じて比較的迅速に実行されるようになります。10BASE-T1Lを使用することで、ゲートウェイやコンバータが不要になるため、構成が簡素化されます。ゲートウェイの排除により、これまでの古い設置のコストと複雑さが大幅に削減され、それによって生じたデータの孤立が一掃されます。

さらに、データラインを通じてより高い電力を送信できるようになります。例として、本質的に安全なエリア（危険エリア）では500 mW、非本質的に安全なエリアでは最大60 Wまで送信可能です。

PROFINET、EtherNet/IP、HART-IP、OPC UA、ModbusTCPなどのEthernet標準、およびMQTTなどのIoTプロトコルは、フィールドデバイスをクラウドに簡単かつ強力に接続することを可能にします。

10BASE-T1Lはスイッチモジュールでも動作しますか?

標準的なEthernetと同様に、10BASE-T1Lでもさまざまなネットワークセグメントやデバイスを結合するブリッジがあります。異なるネットワークトポロジーを実現し、接続されたデバイスに電力を供給するために使用することができます。プロセスオートメーションでは、スイッチはしばしばコントローラ、HMI、クラウドに接続されています。スイッチは、可用性を向上させるためにリングトポロジの形式でメディア冗長性を提供します。

プロセスオートメーションでは、デバイス、センサー、およびアクチュエーターへの接続はスパーと呼ばれ、スイッチと制御システム間の接続はトランクと呼ばれます。

「2本のワイヤー」を介してデバイスに電源供給を実装することはできますか?

10BASE-T1L標準は、センサーとアクチュエーターからのデータ通信を提供するだけでなく、信号線を介してそれらに電力を供給する可能性も提供します。具体的には、非本質安全エリアでは最大60Wの電力を供給することができます。爆発保護（本質安全）エリアでは、電力は500 mWに制限されます。この場合、最大エネルギーの厳しい要件に準拠するため、標準アプリケーションの信号振幅は2.4 Vから1 Vに減少します。しかし、その結果として本質安全エリアでは送信距離が限られます。