單對以太網：從傳感器到云端的一致設備通信

2024-10-16 10:11:38來源：千家網關鍵詞：單對以太網終端設備供電閱讀量：25007

導讀：除了數據傳輸之外，單對以太網技術還允許通過 PoDL(數據線供電)同時為終端設備供電。

　　對以太網(Single Pair Ethernet，SPE)可通過單線對進行以太網傳輸，確保傳感器的連接經濟高效且節省空間。直至現場級別的基于 IP 的一致通信成為可能。除了數據傳輸之外，單對以太網技術還允許通過 PoDL(數據線供電)同時為終端設備供電。

　　單對以太網滿足統一網絡基礎設施的要求，這是工業 4.0 和工業物聯網 (IIoT) 的基礎。

　　單對以太網到底是什么？

　　經典以太網已經連接了自動化金字塔中的所有上層，但通常不適合連接最低現場層。安裝通常過于復雜或最大距離不夠。此時，SPE 技術決定性地擴展了經典以太網的性能配置。

　　單對以太網是物理層的另一種形式。以前，快速以太網 (100 Mbps) 傳輸需要兩根雙線，千兆位以太網則需要四根雙線，而單對以太網只需一根線對(單對)即可實現數據傳輸。這為直接從現場連接緊湊型設備、傳感器和執行器開辟了新的機會。不再需要額外的子系統或網關來實現這一點。因此，SPE 是針對許多當前和未來應用的輕量且節省材料的以太網增強功能。

　　具有基于以太網的通信的面向未來的網絡基礎設施

　　與現有解決方案直接比較時，采用 TCP/IP 和時間敏感網絡 (TSN) 的以太網可實現實時數據傳輸，且數據傳輸速率顯著提高。對于單對以太網，這也可以通過來自現場級的數據實現。最先進的傳輸技術可確保從傳感器到云的以太網通信節省空間且經濟高效。通過傳輸協議、布線和設備組件的定義標準實現通用兼容性，使得 SPE 在各種應用中的大規模使用成為可能。

　　通過單雙線進行數據傳輸允許繼續使用現有的兩線電纜基礎設施(電纜共享)。特別是，這大大節省了材料的使用，同時減少了所需的布線量，并確保易于集成。該技術可用于范圍長達 1000 米、數據速率高達 10 Gbps 和功率高達 50 W 的應用。SPE 網絡可以采用星形或線形拓撲進行設置。該技術滿足面向未來的網絡基礎設施的要求。

　　單對以太網技術特點

　　單對以太網標準

　　不同的標準和規范規定著 SPE 技術的各個方面，從以太網接口、布線到數據傳輸。 SPE 標準在 IEEE 802.3 中定義。該標準描述了通過一對線進行基于以太網的數據傳輸的技術框架。差異在于傳輸速率和距離。 IEC 63171 描述了這些 SPE 標準的兼容連接器。

　　傳輸路徑

　　單對以太網起源于汽車行業。目標是實現高效、統一的基礎設施，以盡可能少的布線提供高性能。類似的要求也適用于其他行業的應用。然而，在許多應用中，100 米作為經典以太網的最大連接長度根本不夠。符合 IEEE 802.3cg 的 SPE 標準 10BASE-T1L 可顯著延長傳輸距離。該標準定義了單線對的數據布線，傳輸距離可達1000米。

　　傳輸長度為1000米時，傳輸速率可達10Mbps或1Gbps，傳輸長度為40米。即使對于現場最復雜的傳感器組件來說，這些傳輸速率也足夠了。這意味著SPE接口可以普遍用于工業應用。

　　PoDL – 數據線供電

　　除了通過以太網傳輸數據外，SPE技術還可以實現終端設備的同步供電。通過數據線供電 (PoDL)，可以傳輸高達 50 W 的有效輸出。

　　IEEE 802.3bu 和 IEEE 802.3cg 標準中描述了各種性能等級。利用這項技術，可以通過用于數據傳輸的電纜為最遠1000米外的傳感器或執行器供電。這最大限度地減少了現場布線所需的安裝工作量和空間。

　　PoDL 性能類別

　　單對以太網應用

　　SPE 非常適合工業 4.0、樓宇、工廠和過程自動化中的各種應用。 SPE 技術可以輕松集成到現有的以太網基礎設施中，無論其使用環境如何。就資源節約型、小型化設備的趨勢而言，單對以太網由于節省空間的電纜而為您的電子設備提供了更多的空間。

　　汽車行業

　　SPE這種節省空間的技術非常適合汽車行業的應用。只需一根雙絞線即可實現 10 Mbps 至 1 Gbps 的傳輸速率，最大電纜長度為 15 米(非屏蔽)或 40 米(屏蔽)，非常適合用于車輛線束。此外，還有許多新的 SPE 標準正在開發中，預計將使數據傳輸速率達到 10 Gbps 甚至更高。因此，在新一代車輛中，SPE 將取代 CAN、MOST、FlexRay 和其他總線系統。安全功能、控制和通信通過以太網統一運行。這是聯網或自動駕駛的重要先決條件。

　　工業行業

　　傳感器集成在所有制造領域都發揮著關鍵作用。SPE 可靠地將傳感器、執行器和現場設備集成到現有的以太網環境中。這意味著可以將必要的數據和過程信息直接傳輸到控制層或云端進行分析。與現場總線協議相反，以太網可用于自動化的每個層級。無需額外的網關或接口。減少到單線對也簡化了傳感器在機器或系統中的布線。系統的構建、操作和維護變得更加高效和經濟高效。

　　過程行業

　　以太網 APL 可在過程應用的防爆區域中實現現場設備和傳感器的直接雙線以太網連接。高級物理層 (APL) 使用 IEEE 802.3cg 的 10BASE-T1-L 標準以及 IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) 標準(2-WISE = 雙線本質安全以太網)，并支持包括本質安全在內的防爆方法。可以在潛在爆炸區域使用，并且可以以 10 Mbps 的速度橋接長達 1000 米的遠距離。新的通信基礎設施確保在過程工業中一致使用以太網。

　　樓宇自動化

　　聯網建筑可確保高效率、更高的安全性和額外的便利功能。通過使用端到端 IP 協議，傳感器、開關和恒溫器等可以通過本地數據網絡和云連接到建筑管理系統。一致的 SPE 布線取代了現有的現場總線系統、復雜的接口和網關。還可以選擇重復使用現有的雙線電纜基礎設施，例如網絡電纜。這使得安裝和調試變得非常容易。

　　總結

　　以太網技術近年來在速度、可靠性和應用范圍上取得了顯著進展，特別是10GbE、25GbE及更高帶寬標準的普及，推動了數據中心、邊緣計算和智能建筑的廣泛應用。未來，隨著5G、AI和物聯網(IoT)的發展，以太網將在支持超高速數據傳輸、低延遲網絡和更高能效方面繼續發揮關鍵作用。PoE(以太網供電)等技術的發展還將促進以太網在智能樓宇和工業自動化中的應用，為萬物互聯的未來奠定基礎。

　　同樣，單對以太網(SPE)技術近年來迅速發展，成為工業物聯網(IIoT)、汽車和智能樓宇等領域的關鍵推動力。SPE通過一對銅線傳輸數據和電力，簡化了布線結構，降低了成本，并提升了設備連接的靈活性。其低功耗和長傳輸距離的特性，使其特別適用于傳感器、控制器等低帶寬設備的連接。未來，SPE有望在智能制造、自動駕駛以及更廣泛的物聯網應用中扮演重要角色，推動萬物互聯的發展。

　　常見問題

　　1、使用SPE支持的傳輸速度是多少？

　　當今可用的以太網技術只需一對線對即可為應用提供高達 10 Gbps 的傳輸速度。

　　2、為什么要使用SPE?

　　借助 SPE 基礎設施，可以減少數據布線，避免從現場到云端的介質故障以及設備故障。還可以建立具有一致以太網結構的網絡，這樣就不再需要網關了。此外，使用 SPE 布線更簡單，更省時，因為只需連接兩根電線。10Base-T1L 標準支持范圍高達 1000 米的以太網布線。

　　3、SPE有哪些標準？

　　SPE 標準定義在 IEEE 802.3 中。目前有五種不同的標準，傳輸速度和距離各不相同，并且已經超出范圍。進一步的標準正在討論中。

　　4、SPE支持傳輸電力嗎？

　　是的，通過 PoDL(數據線供電)標準可以傳輸高達 50 W 的功率。各種性能等級在 IEEE 802.3bu 和 IEEE 802.3cg 標準中有描述。

　　5、現有的電纜基礎設施該如何處理？

　　可以想象，如果現有的電纜基礎設施滿足要求，可以使用它們進行 SPE。SPE 電纜在標準 IEC 61156-1x 中定義。

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什么是單對以太網(SPE)，它是如何在工業應用中使用的？
單對以太網是一種通過一對銅線提供以太網傳輸的技術，同時還通過數據線供電向連接的設備傳輸電力。
單對以太網工業
2021-08-10 15:16:35

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