The New 10BASE-T1L Standard—Has Anything Changed?

作者：Thomas Brand，ADI高級現場應用工程師以｜Thomas Tzscheetzsch，ADI高級現場技術主管

摘要

我們日常生活的許多方面，都離不開各種設備之間的數據通信。數字化和工業4.0帶來的設備激增和數據量的急劇增加正在改變通信領域。 例如：過程自動化等領域需要使用集成網絡，以支持工廠范圍內的連接需求。我們必須從運營技術(OT)機器中提取并處理數據，然后將處理過的數據提供給公司層面的計算機系統(IT)進行進一步處理。由于之前的4 mA至20 mA或現場總線應用在數據通信方面遇到了瓶頸，以太網開始成為通信標準。首先是新的以太網標準10BASE-T1L，一種2線以太網解決方案，線路長達1000米，傳輸速度為10 Mbps，同時支持PROFINET、Ethernet/IP、OPC UA、Modbus-TCP等傳輸協議。利用這個標準，我們可以繼續使用現有的2線布線，從而避免浪費我們的投資。

本文介紹了10BASE-T1L的基礎知識，并展示了與選擇各種應用適用連接器相關的產品。通過數據線實現各種互連設備的電力傳輸在10BASE-T1L中也發揮著至關重要的作用。

簡介

數據通信不僅在工業領域，在過程自動化領域也發揮著越來越重要的作用。之前的4 mA至20 mA或現場總線應用由于數據量的激增也開始遇到瓶頸，因此以太網開始成為通信標準。標準的4線以太網解決方案已發展為2線解決方案，我們稱之為10BASE-T1L，該解決方案由單對雙絞線或單對以太網(SPE)組成。10BASE-T1L位于物理層之上，兼容現有的100 Mbps或1000 Mbps工業以太網技術，因此可作為一種補充。

10BASE-T1L開始標準化，尤其是在過程自動化領域，并且有可能在該領域帶來翻天覆地的變化。目前，該領域的傳感器和執行器通常都是通過4 mA至20 mA模擬接口或現場總線進行連接。與機械工程或工廠自動化不同，過程自動化的傳感器和執行器通常與控制系統或遠程I/O系統有一定距離。常見的距離為200-1000米或更遠。

但是10BASE-T1L到底是什么，這種技術具有什么優勢，它為什么會成為新標準？

我們將在后續部分回答這些問題。

10BASE-T1L意味著什么？

10BASE-T1L這個名字大致解釋了其含義。這里使用了電氣與電子工程師協會(IEEE)縮寫。

介質類型中的“10”是指10 Mbps傳輸速率。“BASE”是指基帶信號，即只有以太網信號才能通過介質傳輸。“T”代表“雙絞線”。數字“1”代表1 km范圍。在這種情況下，后面跟著的“L”代表“長距離”，意味著段長可能為1 km甚至更長。

此外，還存在其他網絡技術，如10BASE-2（最大段長為185 m的較細同軸電纜）、10BASE-5（最大段長為500 m的較粗同軸電纜）、10BASE-F（光纜）或10BASE-36（具有多個基帶通道，且最大段長為3600 m的寬帶同軸電纜）。

10BASE-T1L可分類至OSI模型的哪一層？

10BASE-T1L可使用現有的2線基礎設施，線路長度高達1000 m，傳輸速度為10 Mbps。物理以太網技術僅在開放系統互連(OSI)模型的第1層（位傳輸層或物理層）定義。10BASE-T1L在位傳輸層之上，支持常用以太網協議（如PROFINET、Modbus等）以及樓宇管理系統中常用的其他總線系統（如BACnet、KNX和LON）。表1為模型層及協議和總線系統概覽。

10BASE-T1L可利用第1層的特殊以太網PHY實現。以太網幀通過介質無關接口(MII)、簡化MII (RMII)或簡化千兆MII (RGMII)在MAC和PHY之間傳輸。

MAC由以太網標準IEEE 802.3定義，在數據鏈路層（第2層）中實現。PHY構成物理接口，并負責傳輸介質和數字系統之間數據的編碼和解碼。

10BASE-T1L可與哪些設備和機器一起使用？現有基礎設施可以在多大程度上與其一起使用？

10BASE-T1L設計用于在許多（如果不是大多數）過程自動化應用中取代4 mA至20 mA標準化信號。然而，這并不意味著通過4 mA至20 mA電流環路連接的舊款現場儀表必須更換為支持10BASE-T1L的現場儀表。這些傳統設備可通過軟件可配置I/O (SWIO)模塊進行連接，而遠程I/O則用作通過10 Mbps以太網上行鏈路與PLC連接的采集點。

軟件可配置I/O模塊具有可重新配置的模塊通道，允許模塊快速、輕松地遠程運行，無需大量重新配線。通道可配置為電流和電壓的輸入或輸出，或數字和模擬的輸入或輸出。

在某些情況下，需要通過10BASE-T1L為設備供電以及傳輸設備數據，這被定義為標準的一部分。圖1顯示了通過4 mA至20 mA電流環路連接的傳統現場儀表和支持10BASE-T1L的新型現場儀表的混合示例。

表1OSI模型及其協議和總線系統概覽