The New 10BASE-T1L Standard—Has Anything Changed?

作者：Thomas Brand，ADI高级现场应用工程师以｜Thomas Tzscheetzsch，ADI高级现场技术主管

摘要

我们日常生活的许多方面，都离不开各种设备之间的数据通信。数字化和工业4.0带来的设备激增和数据量的急剧增加正在改变通信领域。 例如：过程自动化等领域需要使用集成网络，以支持工厂范围内的连接需求。我们必须从运营技术(OT)机器中提取并处理数据，然后将处理过的数据提供给公司层面的计算机系统(IT)进行进一步处理。由于之前的4 mA至20 mA或现场总线应用在数据通信方面遇到了瓶颈，以太网开始成为通信标准。首先是新的以太网标准10BASE-T1L，一种2线以太网解决方案，线路长达1000米，传输速度为10 Mbps，同时支持PROFINET、Ethernet/IP、OPC UA、Modbus-TCP等传输协议。利用这个标准，我们可以继续使用现有的2线布线，从而避免浪费我们的投资。

本文介绍了10BASE-T1L的基础知识，并展示了与选择各种应用适用连接器相关的产品。通过数据线实现各种互连设备的电力传输在10BASE-T1L中也发挥着至关重要的作用。

简介

数据通信不仅在工业领域，在过程自动化领域也发挥着越来越重要的作用。之前的4 mA至20 mA或现场总线应用由于数据量的激增也开始遇到瓶颈，因此以太网开始成为通信标准。标准的4线以太网解决方案已发展为2线解决方案，我们称之为10BASE-T1L，该解决方案由单对双绞线或单对以太网(SPE)组成。10BASE-T1L位于物理层之上，兼容现有的100 Mbps或1000 Mbps工业以太网技术，因此可作为一种补充。

10BASE-T1L开始标准化，尤其是在过程自动化领域，并且有可能在该领域带来翻天覆地的变化。目前，该领域的传感器和执行器通常都是通过4 mA至20 mA模拟接口或现场总线进行连接。与机械工程或工厂自动化不同，过程自动化的传感器和执行器通常与控制系统或远程I/O系统有一定距离。常见的距离为200-1000米或更远。

但是10BASE-T1L到底是什么，这种技术具有什么优势，它为什么会成为新标准？

我们将在后续部分回答这些问题。

10BASE-T1L意味着什么？

10BASE-T1L这个名字大致解释了其含义。这里使用了电气与电子工程师协会(IEEE)缩写。

介质类型中的“10”是指10 Mbps传输速率。“BASE”是指基带信号，即只有以太网信号才能通过介质传输。“T”代表“双绞线”。数字“1”代表1 km范围。在这种情况下，后面跟着的“L”代表“长距离”，意味着段长可能为1 km甚至更长。

此外，还存在其他网络技术，如10BASE-2（最大段长为185 m的较细同轴电缆）、10BASE-5（最大段长为500 m的较粗同轴电缆）、10BASE-F（光缆）或10BASE-36（具有多个基带通道，且最大段长为3600 m的宽带同轴电缆）。

10BASE-T1L可分类至OSI模型的哪一层？

10BASE-T1L可使用现有的2线基础设施，线路长度高达1000 m，传输速度为10 Mbps。物理以太网技术仅在开放系统互连(OSI)模型的第1层（位传输层或物理层）定义。10BASE-T1L在位传输层之上，支持常用以太网协议（如PROFINET、Modbus等）以及楼宇管理系统中常用的其他总线系统（如BACnet、KNX和LON）。表1为模型层及协议和总线系统概览。

10BASE-T1L可利用第1层的特殊以太网PHY实现。以太网帧通过介质无关接口(MII)、简化MII (RMII)或简化千兆MII (RGMII)在MAC和PHY之间传输。

MAC由以太网标准IEEE 802.3定义，在数据链路层（第2层）中实现。PHY构成物理接口，并负责传输介质和数字系统之间数据的编码和解码。

10BASE-T1L可与哪些设备和机器一起使用？现有基础设施可以在多大程度上与其一起使用？

10BASE-T1L设计用于在许多（如果不是大多数）过程自动化应用中取代4 mA至20 mA标准化信号。然而，这并不意味着通过4 mA至20 mA电流环路连接的旧款现场仪表必须更换为支持10BASE-T1L的现场仪表。这些传统设备可通过软件可配置I/O (SWIO)模块进行连接，而远程I/O则用作通过10 Mbps以太网上行链路与PLC连接的采集点。

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。

表1OSI模型及其协议和总线系统概览