10BASE-T1L提升工业4.0的效率与安全性
工业4.0是通过数据分析来提高工厂的生产力和效率，其中的网络基础架构便显得更为重要，专为工业需求推出的10BASE-T1L工业以太网网络协议，将成为工业4.0的重要基础架构。本文将为您介绍10BASE-T1L标准的发展概况，以及由ADI推出的产品解决方案，提供您开发相关产品的参考。
数据与网络是工业4.0成功关键
工业4.0实施正在横扫每一个现代工厂的运作，工业4.0的核心是希望通过大数据来获得效益，通过分析软件来改变工业操作，以及维护工厂设备及厂房的方式。现在随着数据处理、机器学习和人工智能的进步，进一步促进了自动化系统的发展。
工业4.0的优势就是能够充分利用不断增加的数据做出更好的决策。在整个自动化系统中，能否及时获取和传输数据取决于连接网络。为应对日益增长的数据量，网络技术以及制造工艺流程和方法都必须不断改进。智能、互联的自动化环境需要数字连接系统、机器、机器人等，以创建和共享信息。这些机器采用的通信方式，以及部署的工厂通信网络是企业的核心，也是推动实现工业4.0的关键。
由于互联是实现工业4.0愿景的核心，因此企业要真正实现互联，必须将更高水平的信息技术（IT）或企业基础设施与厂区的控制网络融合，厂区中现有的各种网络或生产单位必须协同共存，支持互操作。并需要在整个工艺环境中实现无缝、安全的连接，从工艺终端一直到企业云，以提高生产率，同时提高生产的灵活性和可扩展性。
10BASE-T1L具有更高的数据速率和功率输出
10BASE-T1L也称为IEEE 802.3cg标准，是一种工业以太网网络协议。通过该协议，可以打破在工厂执行一线服务的基本操作设备（传感器、阀、执行器和控件）与实现新智能工厂智能的企业数据、比特和字节库之间的屏障，10BASE-T1L网络将成为向数据和分析驱动型工厂运营模式转变的重要推动因素。
传统的工厂大多采用4 mA至20 mA和HART®通信接口，其低数据带宽以及将其集成到企业计算基础设施的有限范围，阻碍了工程师向这些传统端点应用分析，还限制了可供应给端点的电量和远程操作设备的范围。
因此，通过将现有4 mA至20 mA或HART设备转变为10BASE-T1L可获得数据的优势，使用这些数据后，可提高生产力和效率。智能互联工厂通常能够减少计划外停机，减少能源浪费，更好地利用设备和其他资产，以及更有效地部署人员。10BASE-T1L可将这些优势延伸到工厂的各个角落，包括在在企业网络范围之外运行的传感器和其他端点。
10BASE-T1L具有更高的数据速率和功率输出，可通过长达1千米的电缆实现最大数据速率10 Mbps。可向Zone 0本质安全应用中的端点提供高达500 mW功率，从而操作比4 mA至20 mA或HART系统所能支持的更广泛、更复杂的端点。它还可向非本质安全应用提供高达60 W功率，具体取决于布线，并有可能重复使用现有、已安装的双绞线，其丰富的设备管理选项，包括从连接的设备提供诊断数据，以及为其提供软件更新。此外，每个节点的互联网协议（IP）地址，将物联网功能扩展到工厂网络边缘。通过IP地址，不仅可监控节点，还可远程管理节点，并与企业网络基础设施集成。
从硬件的角度来看，实施10BASE-T1L设备通常很简单，这是因为用于10BASE-T1L通信的物理介质是一根双绞线，甚至可能是传输4 mA至20 mA或HART通信的同一根电缆。802.3cg标准还支持安装在危险（防爆）环境中，更能适应工厂严苛的运作环境。
低功耗单端口的10BASE-T1L收发器
由ADI推出的ADIN1100是一款面向工业以太网应用的低功耗单端口10BASE-T1L收发器，符合IEEE 802.3cg以太网标准，支持长程10 Mb/s单对以太网应用。该器件集成了以太网PHY内核以及所有相关的模拟电路、输入和输出时钟缓冲、管理接口控制寄存器和子系统寄存器，以及MAC接口和控制逻辑，以便管理复位和时钟控制以及引脚配置。
ADIN1100
ADIN1100的PHY内核支持标准中定义的1.0 V峰峰值工作模式和2.4 V峰峰值工作模式，可采用1.8V或3.3V单电源轨供电，提供低电压选项，支持1.0 V峰峰值发射电压电平。ADIN1100的1.0 V峰峰值工作模式、外部端接电阻和独立的Rx/Tx引脚使ADIN1100适合本质安全应用，并集成电源监控电路和上电复位电路，可提高系统级稳固性。
ADIN1100的MDIO接口是一个双线串行接口，用于支持主机处理器或MAC和ADIN1100之间的通信，以便访问PHY内核管理寄存器中的控制和状态信息。此接口兼容IEEE 802.3标准第45条管理框架结构。仅支持IEEE 802.3标准第22条的微控制器MDIO接口，无法以其默认方式与ADIN1100 MDIO接口配合使用。常见替代方法是使用两个GPIO引脚，在软件中复制IEEE 802.3标准第45条框架。
ADIN1100支持自动协商能力，具有MII和RMII MAC接口，使用引脚绑定的非托管配置，包括主机／从机选择、发射幅度、PHY地址，具有25 MHz晶振/25 MHz外部时钟输入（RMII为50 MHz外部时钟），电缆延伸范围在1.0 V峰峰值与2.4 V峰峰值时均为1200米，具有链接／状态LED，采用40引脚（6 mm x 6 mm）小型LFCSP封装，通过多项EMC测试标准，具有低功耗特性，MAC接口VDDIO电源电压为3.3 V/2.5 V/1.8 V，并集成电源监控和POR，支持多种诊断功能，包括帧生成器和检查器、多种回送模式、IEEE测试模式支持、电缆诊断，可在工业温度范围−40℃至105℃下运作，可应用于过程控制、工厂自动化、楼宇自动化等领域。
结语
随着自动化系统的互联水平日益提高，可以实现数据通信、分析和解译，并在工厂区域实现辅助智能决策和操作，通过提高产量、资产利用率和整体生产力来创造新的商业价值，真正实现工业4.0的愿景。ADI的ADIN1100 10BASE-T1L收发器则是实现10BASE-T1L的最佳选择，为推动工业4.0基础建设的发展增添动力。