新單對以太網(wǎng)技術(shù)：狀態(tài)檢測場景中的進(jìn)行高質(zhì)量資產(chǎn)健康探測以及供電的2線制技術(shù)

隨著設(shè)備制造商希望通過實(shí)時監(jiān)控設(shè)備來提高資產(chǎn)利用率、延長設(shè)備的使用壽命，以及通過采用預(yù)測性維護(hù)技術(shù)來降低維護(hù)成本和設(shè)備停機(jī)時間，從而提高設(shè)備的吞吐量，狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用變得越來越重要。狀態(tài)監(jiān)控也被用于提升制造質(zhì)量和制造工廠的安全性。

鑒于計劃外停機(jī)的成本可能占總制造成本的近四分之一，所以采用預(yù)測性維護(hù)有望大幅節(jié)省成本并提高生產(chǎn)力。關(guān)注狀態(tài)監(jiān)控的工業(yè)市場報告顯示，這個市場的復(fù)合年均增長率預(yù)計在25%至40%之間，主要受兩大增長領(lǐng)域推動。第一，是增加智能傳感器的部署數(shù)量，用于監(jiān)測資產(chǎn)的運(yùn)行狀況;第二，是加大人工智能和高級分析的使用，將資產(chǎn)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的見解，以部署預(yù)測性維護(hù)功能，創(chuàng)造以服務(wù)為基礎(chǔ)的新型預(yù)測性維護(hù)業(yè)務(wù)模式機(jī)遇。新型狀態(tài)監(jiān)控的部署增長涉及各種行業(yè)，包括水和廢水處理、制造、食品和飲料、制藥、金屬和采礦、能源、石油和天然氣裝置等。在這些行業(yè)中，狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用不再局限于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用(泵、壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī))，而是擴(kuò)展到適合CNC機(jī)床、機(jī)床、編碼器、傳送帶、機(jī)器人和儀器儀表等新應(yīng)用。要使?fàn)顟B(tài)監(jiān)控應(yīng)用不斷得到發(fā)展，需要解決的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，實(shí)現(xiàn)智能傳感器與更高級別的管理系統(tǒng)之間的連接，后者根據(jù)從被監(jiān)控的資產(chǎn)獲取的信息實(shí)施操作。

圖1：狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用

截止目前，狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用一直使用有線或無線連接解決方案，具體由終端應(yīng)用要求決定。無線連接解決方案在部署方面存在優(yōu)勢，但帶寬和/或電池壽命通常受到限制。有線連接解決方案有時受到數(shù)據(jù)帶寬限制，在惡劣的工業(yè)環(huán)境下無法支持長距離傳輸，且通常需要采用單獨(dú)的電源線。基于100BASE-TX/10BASE-T的現(xiàn)有的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案通過帶PoE的CAT-5或CAT-6/e電纜提供高達(dá)100-Mb速率的高數(shù)據(jù)帶寬，但覆蓋距離在100米之內(nèi)，且不能在危險區(qū)域內(nèi)使用，因為它們是高功率解決方案。狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用需要能夠支持潛在的遠(yuǎn)程傳感器，這些傳感器需要在一個空間和功率受限的IP66/67外殼中進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，因為該外殼被部署在惡劣的工業(yè)環(huán)境中。這些受限的傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用需要采用一種低功耗、高數(shù)據(jù)帶寬的通信解決方案，通過一根低成本、易于安裝的電纜(采用小型電纜接頭)將電能和數(shù)據(jù)傳輸?shù)絺鞲衅鞴?jié)點(diǎn)。

由IEEE制定的新單對以太網(wǎng)(SPE)物理層標(biāo)準(zhǔn)為傳輸資產(chǎn)運(yùn)行狀況信息，實(shí)施狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用提供了新的連接解決方案。10BASE-T1L是在2019年11月7日經(jīng)過IEEE認(rèn)證的新以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.3cg-2019)。這將通過與現(xiàn)場級器件的無縫以太網(wǎng)連接顯著提高工廠運(yùn)營效率，變革自動化行業(yè)。10BASE-T1L解決了至今為止一直限制現(xiàn)場使用以太網(wǎng)的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括功率、帶寬、布線、距離、數(shù)據(jù)島以及本質(zhì)安全0區(qū)(危險區(qū)域)應(yīng)用。通過解決后裝升級以及前裝安裝的挑戰(zhàn)，10BASE-T1L將有助于獲得以前無法獲取的新資產(chǎn)運(yùn)行狀況信息，并將它們無縫傳送給控制層、云/私人服務(wù)器。這些新的見解將通過從現(xiàn)場資產(chǎn)到云或私人服務(wù)器的融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(請參見圖2)，讓數(shù)據(jù)分析、運(yùn)營見解和生產(chǎn)力提高成為可能。

而10BASE-T1L無需采用傳統(tǒng)通信用于連接至控制和管理網(wǎng)絡(luò)的耗電復(fù)雜網(wǎng)關(guān)，可跨信息技術(shù)(IT)和操作技術(shù)(OT)網(wǎng)絡(luò)使能融合以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。通過此融合網(wǎng)絡(luò)，可簡化安裝和器件更換，加快網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和配置。最終將加快軟件更新，簡化根本原因分析和現(xiàn)場級資產(chǎn)維護(hù)。10BASE-T1L物理層與消息傳輸協(xié)議(MQTT)融合，為現(xiàn)場資產(chǎn)提供消息傳輸協(xié)議，其中，低功耗智能傳感器僅占用少量內(nèi)存空間。MQTT將資產(chǎn)運(yùn)行狀況信息直接與云或私人服務(wù)器連接，以實(shí)施高級數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而采用預(yù)測性維護(hù)技術(shù)。

要與支持10BASE-T1L的現(xiàn)場資產(chǎn)通信，需要具有集成介質(zhì)訪問控制(MAC)的主機(jī)處理器、無源介質(zhì)轉(zhuǎn)換器或具有10BASE-T1L端口的交換機(jī)。無需其他軟件、自定義TCP/IP堆棧和特殊驅(qū)動程序(請參見圖3)。這就使10BASE-T1L器件具有明顯優(yōu)勢：

圖2：融合IT/OT網(wǎng)絡(luò)上的資產(chǎn)運(yùn)行狀況信息

圖3：采用10BASE-T1L PHY的現(xiàn)場資產(chǎn)、智能傳感器連接

? 10BASE-T1L是一種功耗極低的物理層技術(shù)，可以采用高數(shù)據(jù)帶寬連接解決方案實(shí)現(xiàn)極低功耗的智能傳感器部署。

? 通過10BASE-T1L連接的智能傳感器可通過網(wǎng)絡(luò)訪問，并可隨時隨地遠(yuǎn)程更新。傳感器變得越來越復(fù)雜，軟件也更有可能更新?，F(xiàn)在，通過快速以太網(wǎng)連接，可在現(xiàn)實(shí)時間段內(nèi)做到這一點(diǎn)。

? 訪問高級以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)診斷工具簡化根本原因分析。

? 通過單條長達(dá)或超過1千米的雙絞線(在單條雙絞線上同時傳輸功率和數(shù)據(jù))，提高智能傳感器安裝的靈活性。

? 現(xiàn)在，通過在現(xiàn)場資產(chǎn)上運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，我們可以遠(yuǎn)程獲取并隨時隨地訪問資產(chǎn)運(yùn)行狀況信息，使得維護(hù)人員無需再“四處走動”來監(jiān)控資產(chǎn)運(yùn)行狀況，幫助大幅節(jié)省了成本。

ADIN1100(ADI的10BASE-T1L PHY)可以在超過1200米長的單條雙絞線上實(shí)現(xiàn)更低功耗的以太網(wǎng)連接，其功耗僅為39 mW。采用10BASE-T1L之后，可在單條雙絞線上同時提供功率和數(shù)據(jù)。10-Mb數(shù)據(jù)帶寬通信鏈路可在同一條電纜上傳輸大量功率，為現(xiàn)場資產(chǎn)提供智能傳感器、功率和連接帶寬，以實(shí)現(xiàn)新型狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用。采用10BASE-T1L連接之后，獲取資產(chǎn)運(yùn)行狀況信息變得更加容易，因為這些信息現(xiàn)在可通過融合IT/OT以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)獲取。10BASE-T1L可在危險區(qū)域內(nèi)使用(本質(zhì)安全區(qū)域0)，用于實(shí)施過程自動化部署，有時候被稱為以太網(wǎng)APL。10BASE-T1L/以太網(wǎng)APL將提供新的低功耗連接解決方案，將資產(chǎn)運(yùn)行狀況監(jiān)測智能傳感器連接到用于實(shí)施AI和高級分析的高級數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而將資產(chǎn)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可操作的信息，以部署新的預(yù)測維護(hù)服務(wù)。

圖4：ADI公司，狀態(tài)監(jiān)控功能

ADI公司為狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用提供完整的系統(tǒng)級解決方案，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場資產(chǎn)的實(shí)時監(jiān)控。ADI致力于利用在檢測、信號處理、連接、機(jī)械封裝技術(shù)和AI等領(lǐng)域數(shù)十年的經(jīng)驗，實(shí)現(xiàn)下一代狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用。ADI OtoSense?是一款A(yù)I驅(qū)動的平臺，能夠?qū)崟r傳感和解譯聲音、振動、壓力、電流或溫度等信息，用于連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控和按需診斷，以在各級客戶系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)AI集成。它可以實(shí)時在終端上的現(xiàn)場資產(chǎn)上運(yùn)行(在線和離線)，以對現(xiàn)場資產(chǎn)實(shí)施持續(xù)狀態(tài)監(jiān)控。ADI OtoSense?可以自行檢測異常，通過與狀態(tài)監(jiān)控領(lǐng)域?qū)＜医换ゲ粩鄬W(xué)習(xí)，可創(chuàng)建數(shù)字指紋以幫助識別故障，并可以提早預(yù)測故障，從而避免發(fā)生代價高昂的停機(jī)、損壞或重大故障。

將ADI在檢測、信號鏈和系統(tǒng)設(shè)計考量等方面的深厚領(lǐng)域知識與我們的AI檢測和解譯平臺融合，幫助客戶更快部署新狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng);通過訪問更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和信息，從他們的狀態(tài)監(jiān)控解決方案中獲取更多價值;改善客戶的制造工藝，延長設(shè)備的現(xiàn)場使用壽命，減少意外停機(jī)時間，同時保持最高水平的質(zhì)量和安全。ADI的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)級解決方案提供技術(shù)和信息，為部署的設(shè)備創(chuàng)建新的、高價值的預(yù)測性維護(hù)服務(wù)產(chǎn)品。