Maurice O’Brien explains how it is now possible to quickly develop and deploy an end-to-end-monitoring and predictive maintenance service-based solution and to benefit from high quality asset health insights and power on two wires."> 用于状态监测应用的新型单对以太网 - 必威betway西

用于状态监测应用的新型单对以太网

2021年3月16日

莫里斯·奥布莱恩说明现在如何能够快速开发和部署基于端到端监控和预测性维护服务的解决方案，并从高质量资产运行状况洞察和双线供电中受益。

实时、连续、状态监测和预测性维护解决方案越来越重要，因为制造商和工厂运营商希望在提高吞吐量的同时降低维护成本和资产停机时间。状态监测可以延长设备寿命，提高制造质量，并增加制造工厂的安全性。

考虑到计划外停机时间可能占到总制造成本的近四分之一，预测性维护有可能大大节省成本和提高生产率。(参考1)

行业市场报告集中在状态监测和预测性维护项目的复合年增长率(CAGR)为25%至40%，这是由两个增长领域驱动的。首先是增加智能传感器的部署，以监控资产的健康状况。第二个增长领域是越来越多地使用人工智能和高级分析技术，将资产健康数据转化为可操作的见解，用于预测性维护，并创造新的基于服务的预测性维护商业模式机会。新的状态监测部署的增长将涉及多个行业，包括:

•废物和废水处理
•生产
•纸张和纸浆
•食品和饮料
•制药
•金属和采矿
•能源
•石油和天然气设施

在这些行业中，状态监测应用正在从传统的旋转设备应用(泵、压缩机和风扇)扩展到数控机床、机床、编码器、传送带、机器人和仪器中的新应用。

沟通的挑战
从智能传感器到更高级别管理系统的连接一直是状态监测应用的关键挑战之一。到目前为止，状态监测应用已经根据最终应用需求使用了有线或无线连接解决方案。无线连接解决方案在易于部署方面具有优势，但在带宽和/或电池寿命方面往往受到限制。有线连接解决方案有时在数据带宽方面受到限制，在恶劣的工业环境中，长距离连接并不总是被支持，通常需要单独的电缆供电。

现有的基于100BASE-TX/10BASE-T的工业以太网解决方案可提供高达100mb的高数据带宽，并通过Cat-5或Cat-6e电缆与PoE供电，但仅限于100米距离，并且由于它们是高功率解决方案，因此不支持危险区域的使用情况。状态监测应用程序需要支持潜在的远程传感器，这些传感器节点由于部署在恶劣的工业环境中，处于空间和功率受IP66/IP67限制的机箱中，需要长距离的健壮通信。这些受限的传感器节点应用需要低功耗、高数据带宽的通信解决方案，以低成本、易于安装的电缆将电源和数据连接到传感器节点。

新的连接解决方案
由IEEE开发的新的单对以太网(SPE)物理层标准为状态监测应用程序的资产健康状况通信提供了新的连接解决方案。10BASE-T1L是IEEE于2019年11月7日批准的新的以太网物理层标准(IEEE 80803cg -2019)。它将通过无缝以太网连接到现场级资产，显著提高运营效率，从而极大地改变自动化行业。10BASE-T1L解决了迄今为止限制以太网在现场资产使用的挑战。这些挑战包括电力、带宽、电缆、距离、数据孤岛和本质安全区0(危险区域)应用。通过解决棕地升级和新绿地安装的这些挑战，10BASE-T1L将实现以前不可用的新资产健康状况洞察，并将其无缝地传输到控制层和云/专用服务器。通过从现场资产到云或专用服务器的融合以太网，这些新见解将唤醒数据分析、运营洞察和生产力提高的新可能性。

10BASE-T1L以太网连接的优点
10BASE-T1L消除了传统通信连接到控制和管理网络所需的复杂、耗电网关的需求，并实现了跨信息技术(IT)和操作技术(OT)网络的融合以太网。这种融合网络简化了安装，便于更换设备，加快了网络调测和配置。这使得软件更新速度更快，简化了根本原因分析和现场级资产的维护。10BASE-T1L物理层结合消息传输协议(MQTT)，为低功耗智能传感器的现场资产提供了低内存占用的消息传递协议。MQTT提供资产健康状况洞察到云或专用服务器的直接连接，用于高级数据分析，以实现预测性维护技术。
要与启用10BASE-T1L的现场资产通信，需要具有集成媒体访问控制(MAC)的主机处理器、无源媒体转换器或具有10BASE-T1L端口的交换机。不需要额外的软件、特殊的驱动程序或定制的TCP/IP堆栈。这为10BASE-T1L设备带来了明显的优势:

•10BASE-T1L是一种非常低功耗的物理层技术，可以实现非常低功耗的智能传感器部署，具有高数据带宽连接解决方案。
•与10BASE-T1L连接的智能传感器可通过网络访问，并可随时随地远程更新。随着传感器变得越来越复杂，软件更新的可能性也在增加。现在，通过快速以太网连接，可以在现实的时间内进行更新。
•使用先进的以太网网络诊断工具，简化根本原因分析。
•通过单根双绞线电缆增加智能传感器安装的灵活性，最远可达1公里或更远，在单根双绞线电缆上提供电源和数据。
•通过运行在现场资产上的web服务器，可以远程获得资产运行状况的洞察，减少了维护技术人员走动以监控资产运行状况的需要，极大地节省了成本。

两根电线上的电源和数据
ADI公司的10BASE-T1L PHY ADIN1100可在单根超过1000米的双绞线电缆上实现低功率以太网连接，功耗仅为39mw。单对以太网供电(SPoE)或工程电源解决方案结合10BASE-T1L PHY通过单对双绞线电缆提供电源和数据。10mb的数据带宽通信链路通过同一电缆具有强大的电源能力，使具有电源和连接带宽的智能传感器能够支持新的状态监测应用。通过10BASE-T1L连接，资产运行状况洞察现在更易于访问，因为洞察可通过融合的IT/OT以太网网络获得。10BASE-T1L支持用于流程自动化部署的危险区域用例应用程序(本质安全区0)，有时被称为以太网- apl。10BASE-T1L/Ethernet-APL将实现新的低功耗解决方案，将资产健康监测智能传感器连接到更高级别的数据管理系统。这将使人工智能和先进的分析系统能够将资产健康数据转化为可操作的见解，并部署新的预测性维护服务。

系统级解决方案
完整的系统级状态监测应用解决方案将是实现更高质量数据和洞察的关键，从而显著改善制造流程。10BASE-T1L/Ethernet-APL技术的进步，加上ADI OtoSense™等实时人工智能驱动的传感技术，可以在各级客户系统中实现人工智能集成。ADI OtoSense平台可以感知和解释任何声音、振动、压力、电流或温度，提供持续的、基于状态的监测和按需诊断。它在边缘的现场资产上进行实时操作，包括在线和离线。ADI OtoSense系统可以检测异常情况，并通过与状态监测领域专家的交互进行学习，同时创建数字指纹来帮助识别机器故障，从而在导致昂贵的停机时间、损坏或灾难性故障之前预测故障。

传感、信号处理、连接、机械包装技术和边缘人工智能的进步正在实现新的状态监测解决方案和预测性维护服务，这将大大节省成本，提高生产率。

用于状态监测应用的新的系统级解决方案将包括用于振动和冲击检测的MEMS传感器，用于数据采集的精密转换器技术，以及用于创建高质量资产健康数据的边缘处理。低功耗、健壮的有线和无线通信解决方案提供了从资产中访问资产健康数据的方法。无线通信解决方案包括SmartMesh®或Wireless HART®。有线通信解决方案包括RS-485或10BASE-T1L单对以太网，通过两根电线提供电力和数据。这些技术与高性能电源管理结合在资产监控解决方案(如OtoSense技术)中，这些解决方案是完整的硬件和AI监控解决方案，可以安装在设备上进行预测性维护。

更高质量的资产健康状况洞察和更快的连接将延长设备寿命，降低维护成本，并消除计划外停机时间，同时保持智能工厂的最高制造质量和安全水平。

欲了解更多关于状态监测应用的完整系统级解决方案和人工智能产品，以及ADI如何帮助客户和合作伙伴快速开发和部署基于端到端监测和预测性维护服务的解决方案，请访问analog.com/cbm。

参考
1制造业中先进维护的成本和收益。美国商务部，2018年4月。

莫里斯·奥布莱恩(Maurice O 'Brien)是adi公司工业自动化战略营销经理。


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