新一代单对线以太网NG-SPE技术及在流程工业数据通信中的应用

回顾了流程工业两线制通信技术的发展历程,包括4~20mA,HART,RS-485和新兴的APL/10BASE-T1L单对线以太网通信技术,以及各自的优缺点、面临的问题和后续的演进方向;重点介绍了新一代单对线以太网NG-SPE技术,以及该技术在带宽、距离、节点数和供电四个方面的均衡表现。通过与其他主流单对线技术对比后表明,新一代单对线以太网NG-SPE技术可实现在1km内,通信速率为100Mibit/s的数据传输,15节点接入,点到多点供电,并支持多种线缆和拓扑结构,可应用于流程工业、物联等领域,取代低速总线,利用已有线缆,实现高速远距离总线通信。

单对线以太网物理层模拟前端设计思考

单对线以太网是近年来新兴的以太网技术,随着汽车自动驾驶和工业物联网的高速发展,凭借上层应用扩展和底层布线上的绝对优势,正在大规模应用。单对线以太网物理层模拟前端技术是实现单对线以太网通信的关键基础技术。本文讲述了现有单对线以太网物理层模拟前端相关的标准,架构及相关模块设计技术,重点对发射器TX和接收器RX关键模块的现有实现技术及其优缺点进行了列举分析。发射器TX电流模结构易于实现高精度但功耗效率低,电压模结构精度略低但功耗效率更高;接收器RX的设计围绕模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)展开,ADC决定着整个RX的性能、功耗、面积和复杂度,分段和重新装配(Segmentation And Reassembly,SAR)ADC是首选结构,应用上限不断提高。由此进一步明确了在高性能、低功耗、小面积的单对线以太网物理层模拟前端设计中的挑战。

工业通信:现在和可预见的未来

在现代的生产环境中,工业通信的基本任务就是实现各系统之间数据和信息的无缝和无障碍流动。围绕这一目标,工业通信的发展和创新主要包括:如何实现以太网的一网到底,让以太网延伸至现场通信,并确保以太网实现实时通信和非实时通信在时间尺度和数据量的协调和平衡,为不同传输要求的网络数据提供所需的确定性保证;使通信成为横向数据交换和纵向数据交换的手段和具有语义属性的信息交换的高效工具。环绕这一主题,着重展开对工业通信现在和可预见未来的概述。

一种网络化的新型工控系统架构研究

针对流程工业自动化控制手段的发展趋势及APL技术在流程工业的应用潜力,分析了当前系统存在的问题和瓶颈,提出了一种基于网络化架构的新型工控仪表系统。本文对仪表侧设备、网络侧设备、资产管理软件需要具备的特性进行分析,并通过仪表终端、交换机、仪表资产管理系统和通信协议栈的研制进行系统级验证,通过实验证明符合该新型架构的系统具备开放解耦、持续演进的特征。该实验系统的研制和运行成功,说明网络化的工业控制系统架构具备在流程行业广泛应用和推广的潜力。

面向工业的TSN-双线以太网系统

针对当前工业现场布线繁杂、数据通信确定性不足的问题,对双线以太网实现现场统一布线、时间敏感网络应用于工业场景的发展现状进行了阐述,分析了双线以太网与时间敏感网络技术结合的原理,并基于时间敏感网络交换机和双线以太网转换器搭建了网络通信系统测试平台。实验结果表明:双线以太网与时间敏感网络技术结合可以满足工业实时性通信需求,可进一步推广到工业现场,降低成本并提升工业生产通信质量。

一种基于单对线以太IP协议栈的智能仪表的设计与实现

针对流程工业发展的趋势及IP技术在智能制造领域的应用潜力,提出了流程工业现场仪器仪表IP化的需求。通过搭建MCU和单对线以太网硬件以及轻量化操作系统平台,实现基于物联IP的OPC UA及Modbus协议栈在资源受限平台的移植与运行,构建了IP化仪表的实现方案。通过实验验证,展示了IP化仪表与工业控制系统的联合运行效果。该IP化仪表实现方案可以在流程工业自动化控制领域广泛使用和推广。

基于双线以太网的Modbus TCP-MQTT协议转换网关设计

随着工业互联网的发展,双线以太网凭借其数据传输和远程供电能力、高效利用空间和节约成本的特点被广泛应用在工业物联和智能制造领域。设计了一种双线以太网协议转换网关,将双线以太网Modbus TCP协议转换为MQTT协议,并将数据发送到阿里云物联网平台。首先介绍了双线以太网协议转换网关系统使用的硬件和设计的软件构架,再通过搭建实验环境并部署EdgeX Foundry平台验证其可行性。测试结果表明,所设计双线以太网网关的硬件能够进行数据传输,双线以太网网口在不同的带宽和长度的条件下能达到理论的传输速率,双线以太网网关的软件能正常接收Modbus TCP数据并实现MQTT通信。

两线以太网和IP智能仪表为基础的新一代自动化仪表产业发展分析

本文通过分析两线以太网,IP智能仪表技术和国内仪表产业现状,展望了新一代自动化仪表的发展前景,并在此基础上给出了两线以太网和IP智能仪表产业发展建议。

车载时间敏感网络技术综述

车载时间敏感网络是介于时间触发的实时网络和异步传输的以太网之间的网络,核心是音视频桥接网络技术(Ethernet AVB),在各种新兴的驾驶辅助系统和车载多媒体等方面有广泛的应用,具有带宽高,扩展性强,成本低等优点。说明分析了Ethernet AVB技术协议栈的主要内容,并对网络运行过程中的技术特点和性能进行归纳总结。横向比对车载网络的各项技术规范,分析其适用情况和研发热点。鉴于越来越开放的车载网络环境,阐述了车载网络的信息安全问题。最后讨论了Ethernet AVB技术面临的问题和挑战,并展望了下一步研究方向。

基于双线以太网技术的Modbus/TCP网关系统研究

针对双线以太网新环境下兼容性问题,研究基于双线以太网技术的工业以太网网关系统。采用典型的工业以太网通信协议Modbus/TCP作为网关系统接收数据协议,选取CAN、RS485/串口、MQTT等典型通信接口或协议作为网关系统转发对象的方案。实验采用实物搭建验证环境,验证双线以太网网关系统不同平台接口转发数据功能,实验结果表明双线以太网网关系统能通过双线以太网接口正常接收Modbus/TCP协议数据,并能将数据正常转发至多平台,具有较好的平台兼容性和实用性。

先进物理层——一网到底的最后突破

工业企业数字化转型的进程,包括实施智能制造和工业4.0的进程都迫切需要解决在工业环境下让所有的联网组件实现工业互联网的部署,现实的解决方案应该是采用以太网一网到顶的联网架构,实现从现场仪表和传感器到控制系统、到云基和预置企业管理系统的联接性。当前,单对以太网技术(SPE)和时间敏感联网(TSN)技术的针对性进展令人鼓舞。SPE运用到工业现场特别是流程工业,还需要先进物理层(APL)的支撑。APL是采用IEEE 802.3cg协议的加固的、二线制、回路供电的以太网物理层,在不久的未来,它将取代现有的现场总线和工业以太网,并带来极大的技术利益和经济利益。

实验室级局域网的组建技术及其实践

本文讨论了局域网的主要组建技术 ,并从实际出发 ,组建了拓扑结构物理上为星型 ,逻辑上为总线型的双绞线以太网。采用WindowsNT的单域模型实现实验室级局域网所要求的网络功能 。

单对以太网技术发展及其布线标准综述

单对以太网技术在车载网络及工业互联网中的应用日益普遍。相较传统的四对以太网技术,它以其在重量和体积上的巨大优势针对性地满足了市场需求。IEEE、ISO以及IEC等标准机构均加大了对涉及单对以太网的各种应用及其网络部署中使用的元器件的标准化工作。为了促进研发生产厂商的预先研究,介绍了各类单对以太网布线标准的进展,并给出了结论。