工业环境如何做到无缝连接？ADI三大核心技术提供可靠支撑

在刚闭幕的第六届进博会上，ADI展台工业沙盘模型是现场一款吸睛展品，以微缩化的产线作业情景带现场观众进行了智慧工厂的“初体验”。该工业沙盘模型囊括多样化工厂自动化解决方案，其中包括ADI一系列的工业互联技术，助力客户开发无缝连接的自动化设备和工业传感器。

第六届进博会上ADI智慧工厂工业沙盘模型囊括了包括IO-Link、T1L、TSN等连接技术在内的丰富工业连接与过程自动化技术。

01IO-Link让智能传感器的理想照进现实

业界普遍认为工业智能化的参考架构四大核心特点是：协同、开放、敏捷、可信。而敏捷是指企业在智能化的过程中，可按照业务需要灵活匹配合适的ICT资源在智能工厂中，实现制造的敏捷化，其中关键的环节就是需要采用智能传感器和执行器来辅助做出更明智的决策，实现更灵活、更易优化的制造流程。IO-Link技术可促使传统传感器转变为智能传感器，让实时可配置的工厂车间成为现实。

许多工业传感器设计都是使用一个（或多个）工业网络连接至过程控制器，其中包括多种版本的现场总线或工业以太网。这需要使用专用集成电路(ASIC)来实现所选的网络协议。但是，这种方法有很多明显的缺点。设计一个与所有工业网络保持独立的传感器，从而降低开发成本，并扩大潜在客户群，而使用IO-Link可以完成这样的设计。

使用IO-Link的优势在于，它能够进行四种类型的传输：过程数据、诊断、配置和事件，能够在发生故障时快速识别、跟踪和处理传感器。它还支持远程配置，例如，如果需要更改触发过程警报的温度阈值，可以远程进行更改，无需技术人员前往现场操作。IO-Link技术通过提供与传感器的双向信息交换，将传统的数字或模拟传感器转换为智能传感器，能够让工厂车间的机器均实现智能检测，从而帮助实现灵活制造、改善工厂吞吐量、提高运营效率。

作为一种传感器的接口形式，IO-Link还有效地解决了传感器设计中的散热、大小和电流驱动能力问题，提高了远程调试传感器的智能和功能水平，并且通过随时调整传感器参数，能够实时作出反应。IO-Link从以下几个方面加速工业智能化的进程:

• 实时数据传输和控制:IO-Link技术提供了高速、可靠的数字通信通道，使传感器和执行器能够快速地将数据传输到控制系统，从而实现实时控制和监测。

• 双向通信:双向通信不仅能够从控制系统接收指令和配置信息，还可以将参数和状态信息传输回控制系统。

• 简化设备安装和维护: IO-Link使设备可以通过数字通信进行参数配置，可以减少人工干预和错误，简化了设备的安装和维护过程。

• 故障诊断和预测维护: IO-Link传输的诊断信息可以帮助进行故障诊断，及时发现和解决问题，从而减少生产中断和损失。

• 标准化和互操作性: 作为一种国际标准化的通信协议，基于IO-Link不同厂家的设备都遵循相同的通信标准，轻松实现不同设备之间的互操作性，企业可以更灵活地选择和集成不同厂家的设备。

在IO-Link应用中，收发器充当连接运行数据链路层协议的微控制器的物理层接口。

0210BASE-T1L将大数据分析范围扩展至边缘

在实现工业4.0无缝连接愿景的过程中，远距离的单对以太网10BASE-T1L物理层设备能够将以太网连接延伸至远程位置的边缘节点，支持传送新的数据流、额外的过程变量和辅助测量数据。当下，利用10 Mbps带宽即可向控制和自动化工程师提供资产运行状况参数和可行见解方面的新信息，而直接IP寻址能力则意味着可通过中央控制单元配置和重新配置每个设备，改变了设备调试和升级实践。10BASE-T1L连接能力有望将工业物联网(IIoT)的优势扩展到工厂、楼宇和加工厂的偏僻角落，甚至可延伸至目前为止传感器和其他端点连接受限的危险区域。

IEEE 802.3cg-2019标准用于规范管理10BASE-T1L连接。这个单对以太网(SPE)媒介标准可实现每秒10兆比特的通信速度，支持通过长达1 km的单条双绞线提供电源和传输数据。

10BASE-T1L物理层收发器属于ADI Chronous系列产品，将支持边缘节点的以太网连接和直接IP寻址能力。利用我们的技术可将有关过程变量或楼宇参数的新见解传送至控制系统。这样可优化过程控制中的资产利用率并提高楼宇管理效率。其应用价值包括：

• 单双绞线布线成本更低。与标准CATx电缆相比，这些电缆更轻、成本更低、尺寸更小，通常也更易于安装。10BASE-T1L技术支持重复使用现有的一些单双绞线布线基础设施。

• 长达1 km现场传感器通常部署在比较偏远的位置，而现有的以太网物理层技术通常限制在100米范围之内。传输距离越长，支持的设备连接距离就越长。

• 通过10 Mbps带宽传输新的信息与4 mA至20 mA或现场总线等技术相比，这种带宽显著增加可实现从远程节点传输新的信息。

• 通过两条线传输功率和数据现场传感器需要电源，而通过电缆传输功率的能力对于偏远地区至关重要。该标准有助于在本质安全应用中提供高达500 mW功率，在非本质安全应用中提供高达60 W功率。这取决于电缆。

03时间敏感型网络TSN助力打破数据孤岛

由于数据包交付和时序的确定性可确保控制应用满足强制要求，所以许多供应商开始提供适合OT网络的实时协议，这让解决方案过度依赖于各供应商的协议。因此市面上出现了大量不兼容的解决方案，不同类型的通信协议在不同制造单元内运行，且彼此之间不能互操作，由此导致了长期存在数据隔离或数据孤岛问题。所以业界需要一种解决方案，使采用不同协议的不同制造部门能够共存，且能够在不降低控制流量的情况下共享网络，而这种解决方案就是时间敏感型网络(TSN)。

时间敏感网络是指为在标准以太网内提供确定性性能而开发的一组IEEE 802.1和IEEE 802.3标准，这是一种在工业层面开发的通用标准，用于消除协议之间的互操作问题。它允许当前协议在不同应用、带宽和企业之间共享网络并提供可靠的确定性通信和可扩展性，一直延伸到边缘节点。

目前在工业领域，时间敏感网络(TSN)作为下一代工业网络的演进方向，在业内已基本形成共识。目前时间敏感网络协议组基本完备，技术慢慢趋于成熟，主流网络设备厂商纷纷进入产品或方案研发阶段。其具体的优势包括：

• 更低成本且适用更广泛的市场。TSN也能用于未来的楼宇自动化和汽车行业中，预计嵌入式TSN解决方案的市场规模将大大超过所有工业以太网解决方案当前市场的总和。

• 可扩展性。与当前的工业网络不同，TSN并不针对特定的传输速率进行定义。TSN可用于100 Mbps，也可同样用于1 Gbps、10 Mbps或5 Gbps。

• 更好地优化拓扑结构，因为现在可以针对各个不同的区段选择与之相适应的数据速率。无论是1 Gbps、100 Mbps还是10 Mbps，都使用统一的第2层——IEEE802.1/TSN。

工业物联网部署日益普及，传统工业转型升级的挑战将转向如何高效采集设备运行数据，在数据传输过程中确保其安全性，以及如何利用这些数据来充分提升商业价值。ADI经过数十年的颠覆创新和发展，在工业和通信技术领域拥有深厚的专业知识，可以提供边缘至云端的无缝、安全连接技术，将整个工厂相应的产品连接在一起，有效帮助客户加速传统工业向未来智能工厂的数字化升级过渡。

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