本文說明新型單對(duì)乙太網(wǎng)路技術(shù)，如何在狀態(tài)監(jiān)測場景中進(jìn)行高品質(zhì)資產(chǎn)健康探測以及供電的2線制技術(shù)，且透過狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用來提升製造品質(zhì)和製造工廠的安全性。

隨著設(shè)備製造商希望透過即時(shí)監(jiān)測設(shè)備來提高資產(chǎn)利用率、延長設(shè)備的使用壽命，以及透過採用預(yù)測性維護(hù)技術(shù)來降低維護(hù)成本和設(shè)備停機(jī)時(shí)間，藉以提高設(shè)備的輸送量，狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用變得越來越重要。狀態(tài)監(jiān)測也被用於提升製造品質(zhì)和製造工廠的安全性。

有鑑於計(jì)畫外停機(jī)的成本可能占總製造成本的近四分之一，所以採用預(yù)測性維護(hù)可望大幅節(jié)省成本並提高生產(chǎn)力。關(guān)注狀態(tài)監(jiān)測的工業(yè)市場報(bào)告顯示，此市場的複合年均成長率預(yù)計(jì)在25%至40%之間，主要是受到兩大成長領(lǐng)域推動(dòng)。一是增加智慧感測器的部署數(shù)量，用於監(jiān)測資產(chǎn)的運(yùn)行狀況；二是增加人工智慧和進(jìn)階分析的使用，將資產(chǎn)運(yùn)行狀況資料轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的見解，以部署預(yù)測性維護(hù)功能，創(chuàng)造以服務(wù)為基礎(chǔ)的新型預(yù)測性維護(hù)業(yè)務(wù)模式機(jī)遇。

新型狀態(tài)監(jiān)測的部署增長涉及各種產(chǎn)業(yè)，包含水和廢水處理、製造、食品和飲料、製藥、金屬和採礦、能源、石油和天然氣裝置等。在這些產(chǎn)業(yè)中，狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用不再侷限於傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用（抽水機(jī)、壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)），而是擴(kuò)展到適合CNC機(jī)床、機(jī)床、編碼器、傳送帶、機(jī)器人和儀器/儀表等新應(yīng)用。要使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測應(yīng)用不斷得到發(fā)展，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，實(shí)現(xiàn)智慧感測器與更高級(jí)別的管理系統(tǒng)之間的連接，後者根據(jù)從被監(jiān)測的資產(chǎn)獲取的資訊實(shí)施操作。

圖1 : 狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用

迄今狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用一直使用有線或無線連接解決方案，具體由終端應(yīng)用要求決定。無線連接解決方案在部署方面存在優(yōu)勢，但頻寬和/或電池壽命通常受到限制。有線連接解決方案有時(shí)受到資料頻寬限制，在惡劣的工業(yè)環(huán)境下無法支援長距離傳輸，且通常需要採用單獨(dú)的電源線。

基於100BASE-TX/10BASE-T的現(xiàn)有工業(yè)乙太網(wǎng)路解決方案，透過具有PoE的CAT-5或CAT-6/e電纜提供高達(dá)100-Mb速率的高資料頻寬，但覆蓋距離在100 M之內(nèi)，且不能在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用，因?yàn)樗鼈兪歉吖β式鉀Q方案。

狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用需要能夠支援潛在的遠(yuǎn)端感測器，這些感測器需要在一個(gè)空間和功率受限的IP66/67外殼中進(jìn)行遠(yuǎn)端通訊，因?yàn)樵撏鈿け徊渴鹪趷毫拥墓I(yè)環(huán)境中。這些受限的感測器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用需要採用一種低功耗、高資料頻寬的通訊解決方案，透過一根低成本、易於安裝的電纜（採用小型電纜接頭）將電能和資料傳輸?shù)礁袦y器節(jié)點(diǎn)。

由IEEE制定的新型單對(duì)乙太網(wǎng)路(SPE)實(shí)體層標(biāo)準(zhǔn)為傳輸資產(chǎn)運(yùn)行狀況資訊，實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用提供了新的連接解決方案。10BASE-T1L是在2019年11月7日經(jīng)過IEEE認(rèn)證的新型乙太網(wǎng)路實(shí)體層標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.3cg-2019)。這將透過與現(xiàn)場級(jí)元件的無縫乙太網(wǎng)路連接，顯著提高工廠運(yùn)營效率，變革自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)。

10BASE-T1L解決了迄今一直限制現(xiàn)場使用乙太網(wǎng)路的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包含功率、頻寬、佈線、距離、資料站以及本質(zhì)安全0區(qū)（危險(xiǎn)區(qū)域）應(yīng)用。透過解決後裝升級(jí)以及前裝安裝的挑戰(zhàn)，10BASE-T1L將有助於獲得以前無法獲取的新資產(chǎn)運(yùn)行狀況資訊，並將它們無縫傳送給控制層、雲(yún)端/私人伺服器。這些新的見解將透過從現(xiàn)場資產(chǎn)到雲(yún)端或私人伺服器的融合乙太網(wǎng)網(wǎng)路（圖2），讓資料分析、營運(yùn)見解和生產(chǎn)力提高成為可能。

圖2 : 融合IT/OT網(wǎng)路上的資產(chǎn)運(yùn)行狀況資訊

而10BASE-T1L無需採用傳統(tǒng)通訊用於連接至控制和管理網(wǎng)路的耗電複雜閘道，可跨資訊技術(shù)(IT)和操作技術(shù)(OT)網(wǎng)路使能融合乙太網(wǎng)網(wǎng)路。透過此融合網(wǎng)路，可簡化安裝和元件更換，加速網(wǎng)路調(diào)試和配置。最終將加速軟體更新，簡化根本原因分析和現(xiàn)場級(jí)資產(chǎn)維護(hù)。

10BASE-T1L實(shí)體層與消息傳輸協(xié)定(MQTT)融合，為現(xiàn)場資產(chǎn)提供消息傳輸協(xié)定，其中，低功耗智慧感測器僅佔(zhàn)用少量記憶體空間。MQTT將資產(chǎn)運(yùn)行狀況資訊直接與雲(yún)端或私人伺服器連接，以實(shí)施進(jìn)階資料分析，進(jìn)而採用預(yù)測性維護(hù)技術(shù)。

要與支援10BASE-T1L的現(xiàn)場資產(chǎn)通訊，需要具有整合介質(zhì)存取控制(MAC)的主機(jī)處理器、被動(dòng)介質(zhì)轉(zhuǎn)換器或具有10BASE-T1L埠的交換機(jī)。無需其他軟體、自訂TCP/IP堆疊和特殊驅(qū)動(dòng)程式（圖3）。而這就使10BASE-T1L元件可具有明顯的優(yōu)勢：

圖3 : 採用10BASE-T1L PHY的現(xiàn)場資產(chǎn)、智慧感測器連接

? 10BASE-T1L是一種功耗極低的實(shí)體層技術(shù)，可以採用高資料頻寬連接解決方案實(shí)現(xiàn)極低功耗的智慧感測器部署。

? 透過10BASE-T1L連接的智慧感測器可透過網(wǎng)路瀏覽，並可隨時(shí)隨地遠(yuǎn)端更新。感測器變得越來越複雜，軟體也更有可能更新?，F(xiàn)在透過快速乙太網(wǎng)路連接，可在現(xiàn)實(shí)時(shí)間段內(nèi)做到這一點(diǎn)。

? 瀏覽先進(jìn)的乙太網(wǎng)路診斷工具簡化根本原因分析。

? 透過單條長達(dá)或超過1km的雙絞線（在單條雙絞線上同時(shí)傳輸功率和資料）提高智慧感測器安裝的靈活性。

? 現(xiàn)今透過在現(xiàn)場資產(chǎn)上運(yùn)行的網(wǎng)路伺服器，可以遠(yuǎn)端獲取並隨時(shí)隨地瀏覽資產(chǎn)運(yùn)行狀況資訊，使得維護(hù)人員無需再「四處走動(dòng)」來監(jiān)測資產(chǎn)運(yùn)行狀況，大幅節(jié)省成本。

ADIN1100（ADI的10BASE-T1L PHY）可以在超過1200m長的單條雙絞線上實(shí)現(xiàn)更低功耗的乙太網(wǎng)路連接，其功耗僅為39 mW。採用10BASE-T1L之後，可在單條雙絞線上同時(shí)提供功率和資料。10-Mb資料頻寬通訊鏈路可在同一條電纜上傳輸大量功率，為現(xiàn)場資產(chǎn)提供智慧感測器、功率和連接頻寬，以實(shí)現(xiàn)新型狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用。採用10BASE-T1L連接之後，獲取資產(chǎn)運(yùn)行狀況資訊變得更加容易，因?yàn)檫@些資訊現(xiàn)在可透過融合IT/OT乙太網(wǎng)路獲取。10BASE-T1L可在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用（本質(zhì)安全區(qū)域0），用於實(shí)施過程自動(dòng)化部署，有時(shí)被稱為乙太網(wǎng)路APL。10BASE-T1L/乙太網(wǎng)路APL將提供新的低功耗連接解決方案，將資產(chǎn)運(yùn)行狀況監(jiān)測智慧感測器連接到用於實(shí)施AI和進(jìn)階分析的進(jìn)階資料管理系統(tǒng)，從而將資產(chǎn)運(yùn)行狀況資料轉(zhuǎn)換為可操作的資訊，以部署新的預(yù)測維護(hù)服務(wù)。

圖4 : ADI的狀態(tài)監(jiān)測功能

完整的系統(tǒng)級(jí)解決方案可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場資產(chǎn)的即時(shí)監(jiān)測和下一代狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用。ADI OtoSense是一款A(yù)I驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)，能夠即時(shí)感測和解譯聲音、振動(dòng)、壓力、電流或溫度等資訊，用於連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測和按需求進(jìn)行診斷，以在各級(jí)客戶系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)AI整合。它可以即時(shí)在終端上的現(xiàn)場資產(chǎn)上運(yùn)行（線上和離線），以對(duì)現(xiàn)場資產(chǎn)實(shí)施持續(xù)狀態(tài)監(jiān)測。

ADI OtoSense可以自行檢測異常，透過與狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域?qū)＜医换ゲ粩鄬W(xué)習(xí)，可建立數(shù)位指紋以協(xié)助識(shí)別故障，並可以提早預(yù)測故障，從而避免發(fā)生代價(jià)高昂的停機(jī)、損壞或重大故障。

將感測、訊號(hào)鏈和系統(tǒng)設(shè)計(jì)考量等方面的深厚領(lǐng)域知識(shí)與AI感測和解譯平臺(tái)融合，使客戶能更快部署新狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；透過瀏覽更高品質(zhì)的資料和資訊，從其狀態(tài)監(jiān)測解決方案中獲取更多價(jià)值；改善客戶的製程、延長設(shè)備的現(xiàn)場使用壽命，減少意外停機(jī)時(shí)間，同時(shí)保持最高水準(zhǔn)的品質(zhì)和安全，進(jìn)而為部署的設(shè)備創(chuàng)建新的、高價(jià)值的預(yù)測性維護(hù)服務(wù)。

（本文作者M(jìn)aurice O’Brien為ADI策略行銷經(jīng)理）