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10BASE-T1L:將大數據分析範圍擴大到工廠網路邊緣
 

【作者: Brendan O'Dowd】   2021年05月17日 星期一

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工業乙太網路通訊協定10BASE-T1L能夠打破在工廠執行一線服務的基本操作設備與實現新智慧工廠智慧的企業資料、位元和位元組之間的屏障。而在支援標準開發過程的強大工業公司聯盟的支援下,預計10BASE-T1L技術將取代4 mA至20 mA和HART介面,並加速採用工業4.0。



圖1 : 10BASE-T1L可對工廠網路邊緣進行大數據分析。
圖1 : 10BASE-T1L可對工廠網路邊緣進行大數據分析。

2019年11月對IEEE 802.3cg標準的認可標示著導入工廠操作員在網路邊緣連接設備截然不同的新方式,使他們不再受到基於傳統4 mA至20 mA和HART通訊介面的基礎設施的限制。


802.3cg標準也稱為10BASE-T1L,是一種工業乙太網路通訊協定。透過該協定,可以打破在工廠執行一線服務的基本操作設備(感測器、閥、執行器和控制項)與實現新智慧工廠智慧的企業資料、位元和位元組之間的屏障。10BASE-T1L網路將成為針對資料和分析驅動型工廠營運模式轉變的重要推動因素,而這種趨勢,則被稱為工業4.0。


這是否代表工業工程師就應準備用10BASE-T1L基礎設施取代4 mA至20 mA或HART系統,即使802.3cg標準才剛剛設定?


資料分析支援提高生產力和效率

工業4.0實施正在橫掃每一個現代工廠運作。工業4.0的核心是希望透過大數據獲利。新分析軟體已經開始改變工業操作和維護工廠設備及廠房的方式。當透過分析得到的見解揭示明顯不同的資料集的模式時,通常是最深刻的。


能夠從工廠設備中可靠地獲取的資料越多,資料類型越多,軟體支援狀態監測和預測性維護等先進功能的機會就越多。4 mA至20 mA和HART介面的低資料頻寬以及將其整合到企業計算基礎設施的有限範圍,阻礙了工程師向這些傳統端點應用分析。4 mA至20 mA和HART技術還限制了可供應給端點的電量和遠端操作設備的範圍。


因此,透過將現有4 mA至20 mA或HART設備轉換為10BASE-T1L可獲得資料的優勢,使用這些資料後,可提高生產力和效率。智慧互聯工廠通常能夠減少計畫外停機,減少能源浪費,更良好地利用設備和其他資產,以及更有效地部署人員。10BASE-T1L連接承諾將這些優勢延伸到工廠的各個角落,在這些地方,感測器和其他端點在企業網路範圍之外運行。


10BASE-T1L:更高的資料速率和功率輸出

安裝10BASE-T1L設備的情況取決於802.3cg標準提供的一組功能。10BASE-T1L連接提供以下功能:


‧ 透過長達1千公尺的電纜實現最大資料速率10 Mbps。


‧ 向Zone 0本質安全應用中的端點提供高達500 mW功率,從而操作比4 mA至20 mA或HART系統所能支援的更廣泛、更複雜的端點。它還可向非本質安全應用提供高達60 W功率,具體取決於佈線。


‧ 有可能重複使用現有、已安裝的雙絞線。


‧ 豐富的設備管理選項,包括從連接的設備提供診斷資料,以及為其提供軟體更新。


‧ 每個節點的互聯網協定(IP)位址,將物聯網功能擴展到工廠網路邊緣。透過IP地址,不僅可監控節點,還可遠端系統管理節點。


‧ 與企業網路基礎設施整合。


從硬體的角度來看,實施10BASE-T1L設備通常很簡單。這是因為用於10BASE-T1L通訊的物理介質是一根雙絞線。這甚至可能是傳輸4 mA至20 mA或HART通訊的同一根電纜。802.3cg標準支援安裝在危險(防爆)環境中。


早期可能在混合設備上實施10BASE-T1L,混合設備同時支援舊介面(如4 mA至20 mA)和新工業乙太網路協定。


在10BASE-T1L上取得成功

ADI將在許多客戶採用工業4.0技術的過程中扮演重要角色。ADI的經驗表示,兩個關鍵因素將決定10BASE-T1L專案是否成功:對資料的關注及網路安全性。


對資料的關注

一旦關注起10BASE-T1L實施的操作細節,工程師可能就會忽略實施它的原因,即揭開端點(如感測器)操作的真相,並將其中的豐富資料流程送入企業級數據分析引擎中。


因此,10BASE-T1L項目取得成功面臨的最大風險不是端點本身, 而是物理基礎設施;問題通常出現在後端,當對處理和使用來自新連接端點的資料集準備不充分時。


因此,著手安裝10BASE-T1L的工業工程師應該考慮到這些問題:


‧ 透過從感測器和其他端點獲得的資料,我能獲得哪些類型的見解?


‧ 如何將這些資料整合到企業級控制系統?來自端點的資料的格式是否相容或是否需要轉換?


‧ 透過資料分析得出的見解將如何改善過程或系統?


網路安全性


圖2 : 使用10BASE-T1L為企業級數據分析引擎解鎖豐富的資料流程。
圖2 : 使用10BASE-T1L為企業級數據分析引擎解鎖豐富的資料流程。

工程師要面臨的第二個關鍵問題是安全性。只要端點透過10BASET1L 網路連接,端點面臨的威脅的性質就會發生很大的改變。以前透過4 mA至20 mA連接時,不夠複雜的連接降低了攻擊風險。


這表示,各個節點和網路基礎設施本身必須透過實施各種技術來確保安全,如:


‧ 透過加密設備ID進行的設備安全認證


‧ 資料傳輸加密


‧ 阻止外部實體瀏覽安全設備的防火牆


從工業4.0項目中汲取經驗教訓

在802.3cg標準認可後,一直在加速開發10BASE-T1L相容的元件和設備。在我們這方面,ADI一直與工業設備製造商合作,確保他們能夠遵循路線圖,推出支援10BASE-T1L網路的系統。業界預計到2021年中提供10BASE-T1L功能的產品將上市。


ADI在支援客戶實施新技術方面的豐富經驗將有助於成功推出這些10BASE-T1L產品。工業自動化部門將支援這種技術的實施,因為這個部門將以技術為中心的開發人員和專注於客戶應用的市場導向型人員組合在一起。這種基於團隊的模式將技術專業知識與市場洞察力相互結合,能帶給客戶正確的指導。



圖3 : ADI Chronous、可擴展乙太網路、恰到好處。
圖3 : ADI Chronous、可擴展乙太網路、恰到好處。

對於10BASE-T1L,這種模式將提供PHY產品並支援完整通訊堆疊。它還考慮到了工業產品較長的商業使用壽命,由預測連續生產數十年相容10BASE-T1L產品來滿足工業客戶期望的路線圖支援。


ADI和其他公司快速開發10BASE-T1L元件,將使工業設備製造商能夠開始開發支援工業乙太網路技術的新產品。在支援標準開發過程的強大工業公司聯盟的支援下,10BASE-T1L技術預計將取代4 mA至20 mA和HART介面,並加速採用工業4.0。


(本文作者Brendan O'Dowd為ADI工業自動化業務部總經理)


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