什么是网络传输介质( 二 )


软件可配置I/O模块具有可重新配置的模块通道,允许模块快速、轻松地远程运行,无需大量重新配线 。通道可配置为电流和电压的输入或输出,或数字和模拟的输入或输出 。
在某些情况下,需要通过10BASE-T1L为设备供电以及传输设备数据,这被定义为标准的一部分 。图1显示了通过4 mA至20 mA电流环路连接的传统现场仪表和支持10BASE-T1L的新型现场仪表的混合示例 。
图1. 采用传统现场仪表和支持10BASE-T1L的现场仪表的架构示例
10BASE-T1L支持两种幅度模式:电缆长度不超过1000 m为2.4 V,电缆长度不超过200 m为1 V 。通过采用1.0 V的峰-峰幅度模式,该技术还可以用于防爆环境(危险区域),并满足防爆环境严格的最大能耗要求 。
根据行业联盟的规定,高级物理层(APL)基于10BASE-T1L标准构建,同时定义了过程自动化的本质安全操作 。
同样,Ethernet-APL支持向使用现场至云端连接的无缝过程自动化设备过渡,包括食品和饮料、制药以及石油和天然气行业中存在潜在爆炸性气体环境的区域 。此外,APL还定义了通过单条双绞线线路传输的电源供应等级 。
10BASE-T1L未定义具体的传输介质(电缆) 。只规定了电缆的回波损耗和插入损耗要求 。现场总线Type A电缆为可选电缆 。这允许重复使用现有的PROFIBUS或基金会现场总线布线 。10BASE-T1L可通过长达1000 m的电缆与一对平衡导体一起使用,且不会出现任何问题 。然而,在嘈杂的工业环境中,需要使用屏蔽电缆(如Type A电缆),同时使用连接器、螺丝端子或穿孔板(punch-down block) 。一些10BASE-T1L交换芯片具有集成诊断功能,可检查电缆信号质量 。因此,10BASE-T1L是一项非常可靠的通信技术,即使是将电线混在一起使用也不会出现问题 。
10BASE-T1L具有什么优势?
传统4 mA至20 mA与HART ? 和现场总线设备的数据带宽有限,只有几个kbps 。利用10BASET1L,可实现10 Mbps的传输速度 。这样,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 。未来,可以相对快速地进行日益复杂的传感器软件更新,以及故障和网络诊断(如传感器线路短路) 。由于10BASE-T1L不再需要使用网关和变换器,配置也更简单 。通过消除网关,可大大降低这些旧设备的成本和复杂性,并且可以清除这些设备产生的数据孤岛 。
此外,还可以通过数据线路传输更大功率 。例如:在本质安全区域(危险区域)可传输500 mW功率,在非本质安全区域甚至可传输高达60 W功率 。
以太网标准(如PROFINET、EtherNet/IP、HART-IP、OPC UA或Modbus-TCP)和物联网协议(如MQTT)可实现现场设备至云端的简单而强大的连接 。
10BASE-T1L是否能够与交换模块一起使用?
与标准以太网一样,使用10BASE-T1L时,会有支持各种网段和设备耦合的网桥 。可实现不同的网络拓扑结构,并用于向连接的设备供电 。在过程自动化领域,交换机通常连接至控制器、HMI和云端 。交换机允许环形拓扑结构形式的介质冗余,以提高可用性 。
在过程自动化领域,与设备、传感器和执行器的连接亦称为支线,而交换机之间的连接以及至控制系统的连接则称为干线 。
设备集成密度的不断增加还可以实现其他可能性 。例如:10BASE-T1L交换机可集成到传感器中,而该传感器可直接连接至亦由该交换机供电的其他传感器 。图2显示不同交换机的互连示例 。
图2. 交换机互连示例图
可通过主机处理器实现与支持10BASE-T1L的设备通信 。通常需要集成式MAC功能、无源介质转换器或带有10BASE-T1L端口的交换机 。
表2. 过程自动化中的不同通信技术概述

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