新的10BASE-T1L标准

以太网22 6月 2022

设备之间的数据通信在日常生活的许多方面都是必不可少的。设备的激增以及数字化和工业4.0推动的数据量的急剧增加正在迫使通信领域发生变化。在本文中，深入了解用于工业两线以太网的10BASE-T1L标准，包括连接性、硬件、功率等。

介绍

数据通信在工业领域和流程自动化中扮演着越来越重要的角色。由于数据量的激增，原来的4 mA至20 mA或现场总线应用已达到其极限，以太网因此被确立为通信标准。标准的以太网4线解决方案已演变为一种称为10BASE-T1L的2线解决方案，由一对双绞线或单对以太网（SPE）组成。在物理层之上，10BASE-T1L与现有的工业以太网技术（100 Mbps或1000 Mbps）兼容，因此是一个补充。

10BASE-T1L尤其在流程自动化中正成为标准，并有可能在这一领域带来巨大变革。正是在这里，传感器和执行器通常通过4 mA至20 mA模拟接口或现场总线连接。在流程自动化中，与机械工程或工厂自动化不同，这些传感器和执行器通常距离控制系统或远程I/O系统较远。距离200米至1000米及更远是常见的。

10BASE-T1L 的含义是什么？

名称10BASE-T1L大致说明了其含义。此处使用的是电气电子工程师学会(IEEE)的缩写。

媒介类型中的“10”指的是10 Mbps的传输速率。“BASE”指的是基带信号，这意味着只能通过媒介传输以太网信号。“T”代表“双绞线”。数字“1”代表1公里的范围。在这种情况下，后面的“L”表示“长距离”，这意味着可以实现1公里及以上的段长度。

10BASE-T1L 可以与哪些设备和机器一起使用，并且在多大程度上可以使用现有基础设施？

10BASE-T1L 旨在替代许多（如果不是大多数）流程自动化应用中的 4 mA 至 20 mA 标准化信号。然而，这并不意味着必须将通过 4 mA 至 20 mA 电流环连接的旧型号现场仪器替换为支持 10BASE-T1L 的现场仪器。这些常规设备可以通过软件可配置 I/O (SWIO) 模块连接，而远程 I/O 则作为连接到具有 10 Mbps 以太网上行链路的 PLC 的汇集点。

软件可配置 I/O 模块具有可重新配置的模块通道，使其能够快速、轻松、远程工作，而无需进行大量重新布线。通道可以配置为电流和电压或数字和模拟的输入或输出。

在某些情况下，要求通过 10BASE-T1L 提供设备的电源和数据，这在标准中有所定义。10BASE-T1L 支持两种幅度模式：2.4 V 可用于最长至 1000 m 的电缆，1 V 可用于短距离至 200 m。通过 1.0 V 峰峰值幅度模式，该技术还可以用于防爆环境（危险区域），并满足适用于该地区的严格最大能耗要求。

10BASE-T1L的优势是什么？

传统的4 mA到20 mA与HART®和现场总线设备的数据带宽仅有几kbps。使用10BASE-T1L，速度可以达到10 Mbps。这使得不仅可以传输过程值，还可以传输其他设备参数，如配置和参数化信息。在未来，对于日益复杂的传感器的可能软件更新以及如传感器线路短路等故障和网络诊断，将通过数据线相对快速地执行。配置也更简单，因为使用10BASE-T1L不再需要网关和转换器。通过消除网关，降低了这些旧安装的成本和复杂性，由此产生的数据孤岛被消除。

此外，可以通过数据线传输更高的功率。例如，在本质安全区域（危险区域）可以传输500 mW，甚至在非本质安全区域可以传输高达60 W。

以太网标准如PROFINET、EtherNet/IP、HART-IP、OPC UA或ModbusTCP，以及物联网协议如MQTT，可以实现现场设备与云的轻松而强大的连接。

10BASE-T1L 是否也适用于交换模块？

与标准以太网一样，10BASE-T1L也有桥接器，可以连接各种网络段和设备。可以实现不同的网络拓扑，并用于为连接的设备供电。在过程自动化中，交换机通常连接到控制器、人机界面和云端。交换机允许以环形拓扑的形式实现媒体冗余，以提高可用性。

在过程自动化中，设备、传感器和执行器的连接也被称为分支，而交换机之间的连接并延伸到控制系统的则被称为主干。

我是否也可以通过“两线”来为设备供电？

10BASE-T1L标准不仅提供来自传感器和执行器的数据通信，还提供通过信号线为它们供电的可能性。具体而言，10BASE-T1L可在非本质安全区域提供最高60瓦的功率。在爆炸保护（本质安全）区域，功率限制为500毫瓦；在这种情况下，信号幅度也从标准应用的2.4伏减小到1伏，以符合该区域适用的最大能量的严格要求。然而，结果是在本质安全区域内只能实现较短的传输距离。