以太网标准10BASE-T1L的基础知识
作者：thomas brand and thomas tzscheetzsch
各种设备之间的数据通信在日常生活的许多方面都是必不可少的。数字化和工业 4.0 推动的设备激增以及数据量的急剧增加正在迫使通信格局发生变化。例如，在过程自动化等领域，需要支持整个工厂连接的集成网络。数据必须从操作技术（ot）机器中提取，进行处理，然后提供给公司级别（it）的计算机系统进行进一步处理。由于以前的4 ma至20 ma或现场总线应用在数据通信方面遇到了极限，以太网正在成为通信标准。首先，这是新的以太网标准10base-t1l，这是一种2线以太网解决方案，线路长度可达1000 m，传输速度为10 mbps，支持profinet，ethernet/ip，opc ua，modbus-tcp等传输协议。有了这个标准，就可以继续使用现有的2线布线，从而保护投资。
本文介绍了10base-t1l的基础知识，并展示了相应的产品，这些产品也与为各种应用选择合适的连接器有关。通过数据线传输各种连接设备的电力在10base-t1l中也起着重要作用。
介绍
数据通信不仅在工业领域，而且在过程自动化中都发挥着越来越大的作用。由于数据量激增，以前的4 ma至20 ma或现场总线应用正在达到极限，因此以太网正在成为通信标准。标准的以太网 4 线解决方案已演变为称为 10base-t1l 的 2 线解决方案，由单对双绞线或单对以太网 （spe） 组成。在物理层之上，10base-t1l与现有的100 mbps或1000 mbps工业以太网技术兼容，因此是一种补充。
10base-t1l正在变得标准化，特别是在过程自动化方面，并有可能在该领域产生彻底的变化。正是在这里，到目前为止，传感器和执行器通常通过4 ma至20 ma模拟接口或现场总线连接。在过程自动化中，与机械工程或工厂自动化不同，这些传感器和执行器通常与控制系统或远程i / o系统保持一定距离。200 m 到 1000 m 及以上的距离很常见。
但10base-t1l到底是什么，这项技术有什么优势，为什么它是一个新标准？
这些问题将在以下各节中回答。
10base-t1l 是什么意思？
名称10base-t1l大致解释了它的含义。此处使用电气和电子工程师协会 （ieee） 缩写。
介质类型中的“10”表示 10 mbps 的传输速率。 “base”是指基带信号，这意味着只有以太网信号可以通过介质传输。“t”代表“双绞线”。数字“1”代表 1 公里范围。在这种情况下，它后面跟一个“l”表示“长距离”，这意味着段长度为 1 公里或更长是可能的。
还有其他网络技术，如10base-2（最大段长为185米的细同轴电缆）、10base-5（最大段长为500米的粗同轴电缆）、10base-f（光纤电缆）或10base-36（具有多个基带信道的宽带同轴电缆，最大段长度为3600米）。
10base-t1l 可以分为 osi 模型的哪一层？
10base-t1l提供了使用现有2线基础设施的可能性，以10 mbps的传输速度实现长达1000米的线路长度。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）中定义。在位传输层之上，10base-t1l支持常见的以太网协议，如profinet，modbus等，以及其他总线系统，如bacnet，knx和lon，这些系统通常用于楼宇管理系统。表 1 显示了概述。
osi 模型层 百信网 莫德布斯 knx 离子
主机层
7 |应用 百汇网应用层 莫德布斯 knx 离子
6 |介绍 —
5 |会期
—
4 |运输
udp （bacnet/ip）， tcp （bacnet/sc） 技术合作计划（tcp 技术合作计划（tcp
媒体层 3 |网络 百汇网网络层 ip， arp， rarp 知识产权
2 |数据链路 iso 8802 （ieee 802.3）
1 |物理的 屏蔽或非屏蔽单双绞线 （ieee 802.3cg）
10base-t1l 在第 1 层的特殊以太网 phy 的帮助下实现。以太网帧通过介质独立接口 （mii）、缩减 mii （rmii） 或缩减千兆位 mii （rgmii） 在 mac 和 phy 之间传输。
mac 由以太网标准 ieee 802.3 定义，并在数据链路层（第 2 层）中实现。phy形成物理接口，负责对传输介质和数字系统之间的数据进行编码和解码。
10base-t1l可以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使用它？
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电流环路连接的旧现场仪表必须替换为支持10base-t1l的现场仪表。这些传统设备可以通过软件可配置的 i/o （swio） 模块进行连接，而远程 i/o 则用作通过 10 mbps 以太网上行链路连接到 plc 的收集点。
软件可配置的i/o模块具有可重新配置的模块通道，这使得它们能够快速、轻松、远程地工作，而无需大量重新布线。这些通道可以配置为电流和电压的输入或输出，也可以配置为数字和模拟。
在某些情况下，要求通过10base-t1l提供设备的电源及其数据，这是标准的一部分。
10base-t1l 支持两种幅度模式：2.4 v 用于长达 1000 m 的电缆，1 v 用于长达 200 m 的较短距离。通过1.0 v峰峰值幅度模式，该技术还可用于防爆环境（危险区域），并满足那里适用的严格最大能耗要求。
一个行业联盟指定了高级物理层（apl），它建立在10base-t1l标准之上，定义了过程自动化的本质安全操作。
ethernet-apl 同样支持通过现场到云连接过渡到无缝过程自动化安装，包括食品和饮料、制药以及石油和天然气行业中具有潜在爆炸性环境的区域。此外，apl 还定义了单双绞线的电源配置等级。
没有混凝土传输介质（电缆）被定义为10base-t1l。仅指定电缆的回波损耗和插入损耗要求。现场总线a型电缆是首选电缆。这允许重复使用现有的profibus或基础现场总线电缆。10base-t1l 在长达 1000 m 的电缆长度上与一对平衡的导体配合使用，没有任何问题。但是，在嘈杂的工业环境中，需要使用像a型电缆这样的屏蔽电缆 - 使用连接器，螺丝端子或打孔块。一些10base-t1l开关芯片具有集成的诊断功能，可以检查电缆上的信号质量。因此，10base-t1l是一种非常强大的通信技术，即使电线混淆也不会造成问题。
10base-t1l有哪些优势？
传统的4 ma至20 mahart和现场总线器件的数据带宽有限，仅为几kbps。使用10base-t1l，可以达到10 mbps的速度。这样不仅可以传输过程值，还可以传输附加设备参数，例如配置和参数化信息。将来，对于日益复杂的传感器，以及故障和网络诊断，例如传感器线路短路，将通过数据线相对快速地执行。配置也更容易，因为 10base-t1l 不再需要网关和转换器。通过消除网关，大大降低了这些旧安装的成本和复杂性，并清除了它们创建的数据孤岛。®
此外，可以通过数据线传输更高的功率。例如，本质安全区域（危险区域）的功率为 500 mw，在非本质安全区域甚至可以传输高达 60 w 的功率。
以太网标准，如profinet，ethernet/ip，hart-ip，opc ua或modbustcp，以及物联网协议，如mqtt，可以实现现场设备与云的轻松而强大的连接。
10base-t1l 是否也适用于开关模块？
与标准以太网一样，10base-t1l具有桥接器，可以耦合各种网段和设备。可以实现不同的网络拓扑，并用于为连接的设备供电。在过程自动化中，开关通常连接到控制器、hmi 和云。交换机允许以环形拓扑形式实现介质冗余，以提高可用性。
在过程自动化中，与设备、传感器和执行器的连接也称为杂散，而开关与控制系统之间的连接则称为干线。
设备集成密度不断提高，带来了更多的可能性。例如，10base-t1l开关可以集成到传感器中，该传感器直接连接到也可以由其提供的其他传感器。
与支持 10base-t1l 的设备的通信通过主机处理器进行。它通常需要集成的mac功能，无源媒体转换器或具有10base-t1l端口的交换机。
4 ma 至 20 ma，带 hart 现场总线 10底座-t1l
数据带宽 1.2 千字节 31.25 千字节 10 mbps
连接到更高级别的以太网网络 复杂网关 复杂网关 无需网关的无缝连接
仪器电源供应 <40毫瓦 有限 本质安全：500 mw;非本质安全：
高达 60 w（取决于电缆）
诀窍/专长 专有技术/专业技能缩减 专有技术/专业技能缩减 大学毕业生对以太网非常熟悉
我也可以通过“两根线”为设备供电吗？
10base-t1l标准不仅提供来自传感器和执行器的数据通信，而且还提供了通过信号线为其供电的可能性。具体而言，10base-t1l可以在非本质安全区域提供高达60 w的功率。在防爆（本质安全）区域，功率限制为 500 mw;在这种情况下，信号幅度也从标准应用的幅度从2.4 v降低到1 v，以符合那里适用的最大能量的严格要求。然而，因此，在本质安全区域只能缩短传输距离。
表 3 概述了 18 型 awg 电缆的各种线路长度和区域的可能电力传输水平。
55 v 25 瓦
1000米 7.7 瓦 1.23 瓦
400米 20 瓦 3.2 瓦
150米 52 瓦 8.3 瓦
结论
10base-t1l为过程自动化提供了相对强大的通信标准，与传统的4 ma至20 ma应用相比，具有许多优势，包括可重用现有基础设施。
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介绍
数据通信不仅在工业领域，而且在过程自动化中都发挥着越来越大的作用。由于数据量激增，以前的4 ma至20 ma或现场总线应用正在达到极限，因此以太网正在成为通信标准。标准的以太网 4 线解决方案已演变为称为 10base-t1l 的 2 线解决方案，由单对双绞线或单对以太网 （spe） 组成。在物理层之上，10base-t1l与现有的100 mbps或1000 mbps工业以太网技术兼容，因此是一种补充。
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但10base-t1l到底是什么，这项技术有什么优势，为什么它是一个新标准？
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名称10base-t1l大致解释了它的含义。此处使用电气和电子工程师协会 （ieee） 缩写。
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还有其他网络技术，如10base-2（最大段长为185米的细同轴电缆）、10base-5（最大段长为500米的粗同轴电缆）、10base-f（光纤电缆）或10base-36（具有多个基带信道的宽带同轴电缆，最大段长度为3600米）。
10base-t1l 可以分为 osi 模型的哪一层？
10base-t1l提供了使用现有2线基础设施的可能性，以10 mbps的传输速度实现长达1000米的线路长度。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）中定义。在位传输层之上，10base-t1l支持常见的以太网协议，如profinet，modbus等，以及其他总线系统，如bacnet，knx和lon，这些系统通常用于楼宇管理系统。表 1 显示了概述。
osi 模型层 百信网 莫德布斯 knx 离子
主机层
7 |应用 百汇网应用层 莫德布斯 knx 离子
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mac 由以太网标准 ieee 802.3 定义，并在数据链路层（第 2 层）中实现。phy形成物理接口，负责对传输介质和数字系统之间的数据进行编码和解码。
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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电流环路连接的旧现场仪表必须替换为支持10base-t1l的现场仪表。这些传统设备可以通过软件可配置的 i/o （swio） 模块进行连接，而远程 i/o 则用作通过 10 mbps 以太网上行链路连接到 plc 的收集点。
软件可配置的i/o模块具有可重新配置的模块通道，这使得它们能够快速、轻松、远程地工作，而无需大量重新布线。这些通道可以配置为电流和电压的输入或输出，也可以配置为数字和模拟。
在某些情况下，要求通过10base-t1l提供设备的电源及其数据，这是标准的一部分。
10base-t1l 支持两种幅度模式：2.4 v 用于长达 1000 m 的电缆，1 v 用于长达 200 m 的较短距离。通过1.0 v峰峰值幅度模式，该技术还可用于防爆环境（危险区域），并满足那里适用的严格最大能耗要求。
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ethernet-apl 同样支持通过现场到云连接过渡到无缝过程自动化安装，包括食品和饮料、制药以及石油和天然气行业中具有潜在爆炸性环境的区域。此外，apl 还定义了单双绞线的电源配置等级。
没有混凝土传输介质（电缆）被定义为10base-t1l。仅指定电缆的回波损耗和插入损耗要求。现场总线a型电缆是首选电缆。这允许重复使用现有的profibus或基础现场总线电缆。10base-t1l 在长达 1000 m 的电缆长度上与一对平衡的导体配合使用，没有任何问题。但是，在嘈杂的工业环境中，需要使用像a型电缆这样的屏蔽电缆 - 使用连接器，螺丝端子或打孔块。一些10base-t1l开关芯片具有集成的诊断功能，可以检查电缆上的信号质量。因此，10base-t1l是一种非常强大的通信技术，即使电线混淆也不会造成问题。
10base-t1l有哪些优势？
传统的4 ma至20 mahart和现场总线器件的数据带宽有限，仅为几kbps。使用10base-t1l，可以达到10 mbps的速度。这样不仅可以传输过程值，还可以传输附加设备参数，例如配置和参数化信息。将来，对于日益复杂的传感器，以及故障和网络诊断，例如传感器线路短路，将通过数据线相对快速地执行。配置也更容易，因为 10base-t1l 不再需要网关和转换器。通过消除网关，大大降低了这些旧安装的成本和复杂性，并清除了它们创建的数据孤岛。®
此外，可以通过数据线传输更高的功率。例如，本质安全区域（危险区域）的功率为 500 mw，在非本质安全区域甚至可以传输高达 60 w 的功率。
以太网标准，如profinet，ethernet/ip，hart-ip，opc ua或modbustcp，以及物联网协议，如mqtt，可以实现现场设备与云的轻松而强大的连接。
10base-t1l 是否也适用于开关模块？
与标准以太网一样，10base-t1l具有桥接器，可以耦合各种网段和设备。可以实现不同的网络拓扑，并用于为连接的设备供电。在过程自动化中，开关通常连接到控制器、hmi 和云。交换机允许以环形拓扑形式实现介质冗余，以提高可用性。
在过程自动化中，与设备、传感器和执行器的连接也称为杂散，而开关与控制系统之间的连接则称为干线。
设备集成密度不断提高，带来了更多的可能性。例如，10base-t1l开关可以集成到传感器中，该传感器直接连接到也可以由其提供的其他传感器。
与支持 10base-t1l 的设备的通信通过主机处理器进行。它通常需要集成的mac功能，无源媒体转换器或具有10base-t1l端口的交换机。
4 ma 至 20 ma，带 hart 现场总线 10底座-t1l
数据带宽 1.2 千字节 31.25 千字节 10 mbps
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高达 60 w（取决于电缆）
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10base-t1l标准不仅提供来自传感器和执行器的数据通信，而且还提供了通过信号线为其供电的可能性。具体而言，10base-t1l可以在非本质安全区域提供高达60 w的功率。在防爆（本质安全）区域，功率限制为 500 mw;在这种情况下，信号幅度也从标准应用的幅度从2.4 v降低到1 v，以符合那里适用的最大能量的严格要求。然而，因此，在本质安全区域只能缩短传输距离。
表 3 概述了 18 型 awg 电缆的各种线路长度和区域的可能电力传输水平。
55 v 25 瓦
1000米 7.7 瓦 1.23 瓦
400米 20 瓦 3.2 瓦
150米 52 瓦 8.3 瓦
结论
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