单对以太网：工业自动化利益相关方重磅参与
随着单对以太网（SPE）将以太网技术的使用从汽车应用扩展到工业自动化中的传感器和执行器，SPE对各种用户群来说变得更加容易了解和使用。
在最近的一篇博客中，我们介绍了 SPE 的五个技术特性 工业环境中的领导者可以使用它来确定该技术与其特定应用的相关性。这些功能包括：
- 流畅通信
- 高带宽
- 传输距离长
- 远程供电能力
- 安装灵活性
但决定是否部署 SPE 很少这么简单。决定使用 单对以太网 通常由一群利益相关者制定，他们对哪些 SPE 特性和优势最为关键或相关有着不同的优先考虑和意见。
下面，我们将介绍通常参与SPE决策过程的利益相关方，以及他们在SPE技术方面的具体兴趣和机会。
施工和安装专业人员
通信技术的选择对于推进 SPE 的决定有重大影响。必须考虑重量、电缆布线、数据和电源线的安装、维护和防火。
在某些应用中，SPE 比当今’的物理传输标准更具优势：
- 与其他类型的铜缆布线相比，SPE线缆可以减轻重量 。
- SPE外径和弯曲半径小，可以简化线缆布线。
- 在恶劣的工业环境中，铜缆传输（如SPE）比光纤系统具有耐用性优势 。
- 得益于 SPE’的远程供电功能，可以使用 单根数据线 来传输数据和供电。这可以通过数据对或使用混合电缆实现，类似于以太网供电 (PoE)。
火车建造是 SPE 可能有益的一个应用：这是一个对重量和空间敏感的环境，电缆暴露在恶劣的条件下。在这里，使用 SPE 电缆进行列车内的网络控制、监控系统和乘客信息系统具有显著的优势。
更小、更轻的电缆简化了电缆布线，减少了列车上的空间占用，并提高了无故障安装的灵活性。这大大降低了火车的整体重量，从而提高了能源效率和性能（较低的质量使其更容易加速和减速）。
电缆在紧密安装或振动的情况下也不易断裂。与此同时，SPE’远程供电功能使用数据传输电缆为传感器、摄像机和显示器提供高效的电源。
结果：更好的运营效率、安全性和乘客体验。
网络管理员
安装系统后，网络管理员必须分发网络中通信参与者的地址和授权。
固相萃取’无缝通信和远程电源功能在简化网络安装和维护的同时支持常见的安全机制方面发挥着核心作用。无缝通信通过为传感器/执行器级别提供统一的基于 IP 的通信平台，简化了网络组件的集成和管理。
这降低了网络调试的复杂性，并支持安全机制的有效应用，例如 IEEE 802.1X，并支持跨所有网络级别的端到端身份验证和加密。固相萃取’远程电源还可以帮助简化设备的安装和维护，因为无需单独的电源线，这在难以到达或偏远地区设置网络组件时特别有用。
在大型仓库中创建安全网络就是一个范例，SPE在其中可用于集成各种监控摄像头和门禁系统。
通过使用 SPE，这些设备可以通过单根电缆轻松连接到数据和电源，显著降低安装成本和复杂性，同时通过 IEEE 802.1X 促进符合安全标准，确保网络安全可靠地运行。然而，对于支持网络的设备，与现场总线相比，这需要在实现所需功能方面付出额外的努力，并且可能需要更多的硬件资源，例如计算能力或内存。
应用程序员
SPE 的无缝通信和带宽功能对于参与编程系统和执行工厂验收测试 (FAT) 的应用工程师尤为重要。SPE 支持高效的端到端基于 IP 的通信，可实现传感器、执行器和控制单元的直接、简单的联网。
这简化了系统组件的编程和集成，因为在兼容性和连接性方面的限制更少。例如，应用工程师可以在传感器制造商之间灵活切换，而无需将连接作为中心选择标准。同时，从现场总线到以太网技术的转换为终端设备提供了更大的带宽，以便可以检索额外的诊断数据。
与四线和八线以太网连接相比，SPE 可以使用紧凑的连接器和更轻的电缆。然而，与现场总线相比，SPE 需要实施完整的 IEEE 网络堆栈，这会产生额外的开发成本。标准制定组织 ODVA 已经接受了这一挑战，并通过减少 EtherNet/IP 对具有严重硬件限制的设备的功能范围来应对（“受限设备”）。这包括 CIP 安全 使用预共享密钥并通过 UDP 控制数据交换。
应用操作人员
对于负责系统控制、维护和维修的应用操作人员来说，SPE的远程电源和流畅通信功能发挥着核心作用。
远程供电使得通过以太网线缆为传感器和执行器等终端设备供电成为可能，这简化了安装和维护，特别是在难以接近或占地面积广大的区域。
在使用 SCADA 系统的装置的远程监控和控制中，这一点变得更加重要，因为 SCADA 系统需要可靠且并行的通信来进行过程控制和监控。SPE 提供的无缝通信对于确保传感器/执行器级别的统一 IP 网络至关重要。
这种端到端连接不仅有助于不同系统组件的集成，还支持SCADA系统的控制命令并行传输和实时数据采集。
一个具体的例子就是分布式发电系统的远程控制和监控。通过使用 SPE，应用操作员可以实时监控太阳能电池板和风力涡轮机的输出，并同时向逆变器和负载管理系统发送控制命令，确保最佳的能量产量。
远程供电与无缝通信的结合实现了高效、可靠且经济的运营管理，这对于现代基础设施管理至关重要。到目前为止，远程监控和控制还没有直接利用传感器数据实现，但过程中的控制器已经向 SCADA 系统提供了汇总数据。这减少了现场总线应用中对传感器的需求，但需要定期调整控制程序以提取当前数据。
数据科学家
对于参与全厂数据分析、预测性维护和控制优化的数据科学家来说，SPE’的带宽和无缝通信功能尤为重要。SPE 的高带宽使得分析和机器学习所需的大量数据能够快速传输。这对于获得实时洞察和开发准确的预测模型至关重要。无缝通信还可以通过统一的界面整合来自不同来源的数据，从而降低数据收集的复杂性并实现更全面的数据分析。
一个实际的例子是制造工厂生产流程的优化。数据科学家可以使用 SPE 以高频率收集机器上传感器的数据，并利用这些信息开发预测性维护算法。通过分析这些数据，可以检测到潜在的故障，并在发生意外停机之前主动规划维护工作。
高带宽和无缝通信的结合实现了高效的数据收集和分析，从而显著提高工厂可用性并优化运营流程。在当前的现场总线环境中，传感器连接由充当网关的控制器隔离。结果，数据科学家无法以所需的分辨率检索传感器数据。这种限制限制了它们在当前现场总线环境中的作用。
Belden’ 专注于 SPE
随着行业特定的 SPE 变体继续通过 IEEE 802.3 进行标准化，并且利益相关者考虑将该技术用于其工业自动化应用，Belden 将引领单对以太网进入工业自动化应用，从而使工厂能够从中受益。
我们的 单对以太网产品组合 电缆和连接产品旨在优化恶劣环境下（包括工业和运输作业）的以太网连接可能性。
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关于作者
Lukas Bechtel 自 2012 年起就职于 Belden，从测试自动化工程师晋升为 CTO 办公室的技术架构师。 他还是埃斯林根大学的教员和研究员，在那里他为学生讲授 IT 和网络安全以及工业网络，同时研究工业 4.0、无线通信和工业通信与安全等领域。