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10BASE-T1L:将大数据分析范围扩大到工厂网路边缘
 

【作者: Brendan O'Dowd】2021年05月17日 星期一

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工业乙太网路通讯协定10BASE-T1L能够打破在工厂执行一线服务的基本操作设备与实现新智慧工厂智慧的企业资料、位元和位元组之间的屏障。而在支援标准开发过程的强大工业公司联盟的支援下,预计10BASE-T1L技术将取代4 mA至20 mA和HART介面,并加速采用工业4.0。



图1 : 10BASE-T1L可对工厂网路边缘进行大数据分析。
图1 : 10BASE-T1L可对工厂网路边缘进行大数据分析。

2019年11月对IEEE 802.3cg标准的认可标示着导入工厂操作员在网路边缘连接设备截然不同的新方式,使他们不再受到基於传统4 mA至20 mA和HART通讯介面的基础设施的限制。


802.3cg标准也称为10BASE-T1L,是一种工业乙太网路通讯协定。透过该协定,可以打破在工厂执行一线服务的基本操作设备(感测器、阀、执行器和控制项)与实现新智慧工厂智慧的企业资料、位元和位元组之间的屏障。10BASE-T1L网路将成为针对资料和分析驱动型工厂营运模式转变的重要推动因素,而这种趋势,则被称为工业4.0。


这是否代表工业工程师就应准备用10BASE-T1L基础设施取代4 mA至20 mA或HART系统,即使802.3cg标准才刚刚设定?


资料分析支援提高生产力和效率

工业4.0实施正在横扫每一个现代工厂运作。工业4.0的核心是希??透过大数据获利。新分析软体已经开始改变工业操作和维护工厂设备及厂房的方式。当透过分析得到的见解揭示明显不同的资料集的模式时,通常是最深刻的。


能够从工厂设备中可靠地获取的资料越多,资料类型越多,软体支援状态监测和预测性维护等先进功能的机会就越多。4 mA至20 mA和HART介面的低资料频宽以及将其整合到企业计算基础设施的有限范围,阻碍了工程师向这些传统端点应用分析。4 mA至20 mA和HART技术还限制了可供应给端点的电量和远端操作设备的范围。


因此,透过将现有4 mA至20 mA或HART设备转换为10BASE-T1L可获得资料的优势,使用这些资料後,可提高生产力和效率。智慧互联工厂通常能够减少计画外停机,减少能源浪费,更良好地利用设备和其他资产,以及更有效地部署人员。10BASE-T1L连接承诺将这些优势延伸到工厂的各个角落,在这些地方,感测器和其他端点在企业网路范围之外运行。


10BASE-T1L:更高的资料速率和功率输出

安装10BASE-T1L设备的情况取决於802.3cg标准提供的一组功能。10BASE-T1L连接提供以下功能:


· 透过长达1千公尺的电缆实现最大资料速率10 Mbps。


· 向Zone 0本质安全应用中的端点提供高达500 mW功率,从而操作比4 mA至20 mA或HART系统所能支援的更广泛、更复杂的端点。它还可向非本质安全应用提供高达60 W功率,具体取决於布线。


· 有可能重复使用现有、已安装的双绞线。


· 丰富的设备管理选项,包括从连接的设备提供诊断资料,以及为其提供软体更新。


· 每个节点的互联网协定(IP)位址,将物联网功能扩展到工厂网路边缘。透过IP地址,不仅可监控节点,还可远端系统管理节点。


· 与企业网路基础设施整合。


从硬体的角度来看,实施10BASE-T1L设备通常很简单。这是因为用於10BASE-T1L通讯的物理介质是一根双绞线。这甚至可能是传输4 mA至20 mA或HART通讯的同一根电缆。802.3cg标准支援安装在危险(防爆)环境中。


早期可能在混合设备上实施10BASE-T1L,混合设备同时支援旧介面(如4 mA至20 mA)和新工业乙太网路协定。


在10BASE-T1L上取得成功

ADI将在许多客户采用工业4.0技术的过程中扮演重要角色。ADI的经验表示,两个关键因素将决定10BASE-T1L专案是否成功:对资料的关注及网路安全性。


对资料的关注

一旦关注起10BASE-T1L实施的操作细节,工程师可能就会忽略实施它的原因,即揭开端点(如感测器)操作的真相,并将其中的丰富资料流程送入企业级数据分析引擎中。


因此,10BASE-T1L项目取得成功面临的最大风险不是端点本身, 而是物理基础设施;问题通常出现在後端,当对处理和使用来自新连接端点的资料集准备不充分时。


因此,着手安装10BASE-T1L的工业工程师应该考虑到这些问题:


· 透过从感测器和其他端点获得的资料,我能获得哪些类型的见解?


· 如何将这些资料整合到企业级控制系统?来自端点的资料的格式是否相容或是否需要转换?


· 透过资料分析得出的见解将如何改善过程或系统?


网路安全性


图2 : 使用10BASE-T1L为企业级数据分析引擎解锁丰富的资料流程。
图2 : 使用10BASE-T1L为企业级数据分析引擎解锁丰富的资料流程。

工程师要面临的第二个关键问题是安全性。只要端点透过10BASET1L 网路连接,端点面临的威胁的性质就会发生很大的改变。以前透过4 mA至20 mA连接时,不够复杂的连接降低了攻击风险。


这表示,各个节点和网路基础设施本身必须透过实施各种技术来确保安全,如:


· 透过加密设备ID进行的设备安全认证


· 资料传输加密


· 阻止外部实体浏览安全设备的防火墙


从工业4.0项目中汲取经验教训

在802.3cg标准认可後,一直在加速开发10BASE-T1L相容的元件和设备。在我们这方面,ADI一直与工业设备制造商合作,确保他们能够遵循路线图,推出支援10BASE-T1L网路的系统。业界预计到2021年中提供10BASE-T1L功能的产品将上市。


ADI在支援客户实施新技术方面的丰富经验将有助於成功推出这些10BASE-T1L产品。工业自动化部门将支援这种技术的实施,因为这个部门将以技术为中心的开发人员和专注於客户应用的市场导向型人员组合在一起。这种基於团队的模式将技术专业知识与市场洞察力相互结合,能带给客户正确的指导。



图3 : ADI Chronous、可扩展乙太网路、恰到好处。
图3 : ADI Chronous、可扩展乙太网路、恰到好处。

对於10BASE-T1L,这种模式将提供PHY产品并支援完整通讯堆叠。它还考虑到了工业产品较长的商业使用寿命,由预测连续生产数十年相容10BASE-T1L产品来满足工业客户期??的路线图支援。


ADI和其他公司快速开发10BASE-T1L元件,将使工业设备制造商能够开始开发支援工业乙太网路技术的新产品。在支援标准开发过程的强大工业公司联盟的支援下,10BASE-T1L技术预计将取代4 mA至20 mA和HART介面,并加速采用工业4.0。


(本文作者Brendan O'Dowd为ADI工业自动化业务部总经理)


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