狀態監測在智能工業中的重要性

隨著制造商和工廠運營商希望提高產量，同時降低維護成本和資產停機時間，實時、連續、狀態監測和預測性維護解決方案的重要性與日俱增。狀態監測可以延長設備壽命，提高制造質量，并提高制造工廠的安全性。

鑒于計劃外停機可能占總制造成本的近四分之一，預測性維護有可能節省大量成本并提高生產力。

行業市場報告側重于狀態監測和預測性維護項目復合年增長率（CAGR）為25%至40%，由兩個增長領域推動。首先是增加智能傳感器的部署，以監控資產健康狀況。第二個增長領域是越來越多地使用人工智能和高級分析，將資產運行狀況數據轉化為預測性維護的可操作見解，并創造新的基于服務的預測性維護業務模式機會。新狀態監測部署的增長將涉及多個行業，包括：

廢物和廢水處理

制造業

紙張和紙漿

食品與飲料

藥

金屬和采礦

能源

石油和天然氣裝置

在這些行業中，狀態監測應用正在從傳統的旋轉設備應用（泵、壓縮機和風扇）擴展到數控機床、機床、編碼器、傳送帶、機器人和儀器的新應用。

現有的通信挑戰

從智能傳感器到更高級別的管理系統的連接一直是狀態監測應用的主要挑戰之一。迄今為止，狀態監測應用已根據最終應用要求使用有線或無線連接解決方案。無線連接解決方案在易于部署方面具有優勢，但在帶寬和/或電池壽命方面通常受到限制。有線連接解決方案有時在數據帶寬方面受到限制，并且并不總是支持惡劣工業環境中的長距離連接，并且通常需要單獨的電纜供電。

基于 100BASE-TX/10BASE-T 的現有工業以太網解決方案提供高達 100 Mb 的高數據帶寬，并通過帶 PoE 的 Cat-5 或 Cat-6e 電纜供電，但僅限于 100 米距離，并且不支持危險區域用例，因為它們是高功率解決方案。狀態監測應用需要支持潛在的遠程傳感器，這些傳感器需要長距離的可靠通信，其中傳感器節點位于空間和功率受限的IP66/IP67外殼中，因為它部署在惡劣的工業環境中。這些受限的傳感器節點應用需要低功耗、高數據帶寬的通信解決方案，通過低成本、易于安裝的電纜和傳感器節點上的小型電纜連接器提供電源和數據。

采用單對以太網的新型連接解決方案

IEEE開發的新型單對以太網（SPE）物理層標準提供了新的連接解決方案，用于為狀態監測應用傳達資產運行狀況見解。10BASE-T1L是IEEE于2019年11月7日批準的新的以太網物理層標準（IEEE 802.3cg-2019）。它將通過與現場級資產的無縫以太網連接顯著提高運營效率，從而極大地改變自動化行業。10BASE-T1L解決了迄今為止將以太網的使用限制在現場資產上的挑戰。這些挑戰包括電源、帶寬、布線、距離、數據孤島和本質安全區 0（危險區域）應用。通過解決棕地升級和新綠地安裝的這些挑戰，10BASE-T1L將實現以前不可用的新資產運行狀況洞察，并將其無縫傳達給控制層和云/專用服務器。這些新見解將通過從現場資產到云或專用服務器的融合以太網網絡，為數據分析、運營見解和生產力改進帶來新的可能性。

10BASE-T1L 以太網連接的優勢

10BASE-T1L消除了傳統通信連接到控制和管理網絡所需的復雜、耗電網關的需求，并實現了跨信息技術（IT）和運營技術（OT）網絡的融合以太網網絡。這種融合網絡簡化了安裝，簡化了設備更換，并加快了網絡調試和配置。這樣可以加快軟件更新速度，簡化根本原因分析和字段級資產維護。10BASE-T1L物理層與消息傳輸協議（MQTT）相結合，為現場資產提供消息傳遞協議，為低功耗智能傳感器提供低內存占用。MQTT 提供資產運行狀況見解與云或專用服務器的直接連接，用于預測性維護技術的高級數據分析。

要與啟用 10BASE-T1L 的現場資產通信，需要具有集成介質訪問控制 （MAC） 的主機處理器、無源媒體轉換器或具有 10BASE-T1L 端口的交換機。不需要其他軟件、特殊驅動程序或自定義的 TCP/IP 堆棧（請參閱圖 3）。這為10BASE-T1L設備帶來了明顯的優勢：

10BASE-T1L是一種超低功耗物理層技術，可通過高數據帶寬連接解決方案實現超低功耗智能傳感器部署。

與10BASE-T1L連接的智能傳感器可通過網絡訪問，并且可以隨時隨地進行遠程更新。隨著傳感器變得越來越復雜，軟件更新的可能性也在增加。現在可以通過快速以太網連接在實際時間內進行更新。

訪問高級以太網網絡診斷工具，簡化根本原因分析。

通過單根雙絞線電纜提高智能傳感器安裝靈活性，最遠可達 1 公里及更遠，并在單根雙絞線上供電和數據。

現在，可通過現場資產上運行的 Web 服務器遠程獲取資產運行狀況洞察，從而減少了維護技術人員在現場監控資產運行狀況的需要，從而節省了大量成本。

10BASE-T1L，兩根線上的電源和數據

ADI的10BASE-T1L PHY （ADIN1100）和獨特的MAC PHY（ADIN1110）產品組合可在超過1700米的單根雙絞線電纜上實現低功耗以太網連接，功耗分別僅為39 mW和43 mW。單對以太網供電 （SPoE） 或工程電源解決方案與 10BASE-T1L PHY 或 MAC PHY 相結合，通過單根雙絞線電纜提供電源和數據。10 Mb數據帶寬通信鏈路在同一根電纜上具有顯著的功率能力，使具有電源和連接帶寬的智能傳感器能夠支持新的狀態監測應用。ADIN1110有助于業界功耗最低的系統設計，從而簡化了向傳感器添加以太網的過程，減輕了處理器技術的負擔，無需集成MAC。ADI獨特的MAC PHY技術為超低功耗處理器提供SPI接口，以實現更低的整體系統功耗，這對于傳感器節點至關重要。借助 10BASE-T1L 連接，資產運行狀況見解現在更易于訪問，因為這些見解可通過融合的 IT/OT 以太網網絡獲得。10BASE-T1L 支持用于過程自動化部署的危險區域用例應用（本質安全區 0），有時也稱為以太網 APL。10BASE-T1L/Ethernet-APL將實現新的低功耗解決方案，將資產健康監測智能傳感器連接到更高級別的數據管理系統。這將使人工智能和高級分析系統能夠將資產運行狀況數據轉化為可操作的見解，并部署新的預測。 維修服務。

系統級解決方案和 AI 平臺可加速狀態監測部署

用于狀態監測應用的完整系統級解決方案將是實現更高質量數據和見解的關鍵，從而顯著改善制造流程。10BASE-T1L/以太網APL的進步，以及ADI OtoSense等實時人工智能驅動的傳感技術?，可以在客戶系統的各個級別實現AI集成。ADI OtoSense平臺可感測和解釋任何聲音、振動、壓力、電流或溫度，以提供基于狀態的連續監控和按需診斷。它在邊緣實時在線和離線地對現場資產進行操作。ADI OtoSense系統檢測異常，并從與狀態監測領域專家的互動中學習，同時創建數字指紋以幫助識別機器中的故障，從而在故障導致代價高昂的停機、損壞或災難性故障之前預測故障。

傳感、信號處理、連接、機械封裝技術和邊緣人工智能的進步正在實現新的狀態監測解決方案和預測性維護服務，從而顯著節省成本并提高生產率。

用于狀態監測應用的新系統級解決方案將包括用于振動和沖擊檢測的MEMS傳感器、用于數據采集的精密轉換器技術以及用于創建高質量資產健康數據的邊緣處理。低功耗、強大的有線和無線通信解決方案提供對資產運行狀況數據的訪問。無線通信解決方案包括SmartMesh或Wireless HART。有線通信解決方案包括RS-485或10BASE-T1L單對以太網，可在兩條線上提供電源和數據。這些技術與高性能電源管理相結合，結合在資產監控解決方案（如OtoSense技術）中，這些解決方案是完整的硬件和AI監控解決方案，可以安裝在設備上進行預測性維護。

更高質量的資產運行狀況洞察和更快的連接將延長設備使用壽命，降低維護成本，消除計劃外停機，同時保持智能工廠最高水平的制造質量和安全性。

審核編輯：郭婷