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关于 SPE 的系列博客第二部分：虽然将基于 IP 的网络延伸到传感器级别的想法显然是有益的，但问题是 SPE 如何能够部署到重点设备和装置中。
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将基于 IP 的网络延伸到传感器层面的想法显然是有益的，但问题是 SPE 如何能够部署到重点设备和装置中。从目前已安装的设备来看，现场的现场总线（见下表）和传感器网络种类繁多。
| 现场总线 | 传输速度 | 最大距离 |
|---|---|---|
| 工厂自动化 | ||
| AS 接口 | 125kbit | 100m |
| Interbus | 500 kBd ...2Mbit | 长达 400 m |
| Profibus DP | 9,6 kBd ...12 MBit | 100 m ...1200 m |
| CANopen | 62,5 kBd ...1 Mbit | 30 m ...1000m |
| Devicenet | 125 kBd...500kBd | 100 ...500m |
| CompoNet | 高达 4 Mbit | 1500 m (@93kBd) |
| CC-Link | 高达 10 Mbd | 100m |
| IO-Link | 250kBd | 20m |
| 流程自动化 | ||
| Profibus PA | 31.25kBd | 1900m |
| HART | 1,2 kBd | 1500 ...3000m （取决于电缆） |
传感器和外围设备中当前现场总线技术的距离和传输速度
下表显示了在过程自动化和工厂自动化中运行的各种现场总线。因此，目前的部署有不同的速度和距离要求。这些要求定义了后续技术需要支持的规格。此外，过程自动化中的防爆领域对本质安全也有特殊要求。在棕地安装中，与实际上层网络的连接存在以下一些缺点：
事实上，并非所有列出的现场总线标准都像上述清单那样受到严重影响，有些标准（如 IO-Link 标准）还处于发展阶段。但很明显，各行业的行动呼声和市场压力是不同的，这取决于旧技术在设备中的使用程度。
赫优讯预计，从 2021 年左右开始，SPE 将尽早在过程自动化领域得到采用和部署。究其原因，是因为这些设备在很大程度上是基于 HART、PROFIBUS PA 和类似的现场总线，而这些现场总线在必要的范围内并不支持数字化商业模式。Namur Organisation，特别是 FieldComm 集团，与 PROFIBUS International（PI）和 ODVA 一起，大力推动过程自动化行业向 APL 发展。这些领域的应用通常对性能和周期时间的要求较低，通过网络进行诊断和参数化的应用还没有像工厂自动化应用那样普及。另一方面，在工厂自动化中部署 SPE 可能需要更长的时间。诸如 ODVA、PI（包括 IO-Link 小组）等组织已经开始评估将 SPE 纳入各自标准的情况，研究其应用中的定位和好处。与此同时，有两个非常活跃的小组正在为安装提出不同的插头、连接器和电缆。综观所有这些卓有成效的举措及其所涉及的众多未决问题，工厂自动化领域的实地部署最好从 2024 年左右开始。
总之，我们认为，在制造业的某些领域，如果设备的状态、诊断和参数对上层仍然不透明，那么系统的整体性能就会下降，数字化的优势（例如：机器正常运行时间的延长、可用性、预测性维护等）也就无法实现。因此，加工业的压力预计会更大，必须尽快采取行动并向前推进。
人们可能会问，既然基本概念看起来比较简单，潜在的好处似乎也很明显，为什么没有更早地转向单绞线呢？然而，与现有以太网网络相比，改变并不像交换电缆所暗示的那么简单。此外，还需要增加一些要求，以实现不同行业的预期效益。
目前，工业以太网 10Base-T/100Base-TX 是工业领域应用最多的标准，它使用两根双绞线进行单向数据收发。因此，与之不同的是，单对以太网通过同一双绞线进行传输和接收，因此需要不同的物理层以及不同的联轴器和传感器。
如下表所示，所有这些要求和意见都促成了不同传输速度的多个 SPE IEEE 标准：
| IEEE 标准 | PHY 标准 | 传输速度 | 电缆带宽 | 电缆长度 | 应用 |
|---|---|---|---|---|---|
| IEEE802.3 cg | 10Base-T1L | 10Mbit | 20 MHz | 1000m （STP） | 传感器、执行器和外围设备、机器控制、火车和公共汽车网络、楼宇自动化 |
| 10Base-T1S | 10Mbit | 20 MHz | 15 m（UTP） 25m（STP） | 机柜安装（无 PoDL） 半双工 | |
| APL | 10Mbit | 1000m （STP） | 本质安全和防爆设备 | ||
| IEEE802.3 bw | （BroadR Reach） | 100Mbit | 166MHz | 15 m（UTP） 40m（STP） | 汽车 |
| IEEE802.3 bp | 1000Mbit | 600MHz | 15 m（UTP） 40m（STP） | HMI、IPC、摄像头、运动和机器人技术 | |
| IEEE802.3 ch | 2.5/5/10 Gbit | 4-5 GHz | 15 m（STP） | 视觉传感、IPC、HMI、分析、医疗系统 | |
| IEEE802.3 bu | 数据线供电（用于 SPE 的 PoDL，最大传输功率为 60 W） |
各种 SPE 相关标准概述
“各种 SPE 相关标准概述”表显示了 10 Mbit 单对以太网标准 IEEE 802.3cg 的三种定义，以反映不同传感器、执行器和外设应用的不同需求。10Base-T1L 最能满足传感器的要求，因为它允许点对点连接的电缆长度长达 1000 m，非常适合实际安装。
在物理层定义方面，APL 与 T1L 完全相同，但在防爆区域增加了用于本质安全传输的组件。与 T1L 相反，10Base-T1S 允许使用更短的电缆长度和称为 PLCA（物理层防碰撞）的不同物理层进行多点传输设置。例如，多点传输非常适合机柜安装或其他短距离应用。如图和下表所示，这两种系统需要不同的物理层：
10Base-T1S | 10Base-T1L | |
| 传输速度 | 12.5MBit | 7.5MBit |
| 半双工多点传输 | 全双工 | |
| 回声取消 | ||
| 线路编码 | DME | PAM-3 |
| 信号编码 | 4B5B | 4B3T |
| 电压 | 1Vpp | 1 Vpp（2.4 Vpp） |
虽然物理层在某些细节上有所不同，但与上层的连接是相同的。IEEE 已作出努力，确保任何具有 MAC 和 MII 连接的实际系统都能与实际的新 PHY 接口，从而使主要的变化只发生在一个 OSI 层。下图显示了设置情况：
此外，802.3bu 标准还定义了数据线功率传输的标准，它能够向单个端点传输高达 50W 的功率。这一功能允许向后兼容现有的几种传感器网络标准，这些标准也通过中央电源控件为连接的传感器供电。SPE 中的设置如下：
该系统需要供电设备 (PSE) 通过电缆输送能量。定义了三种不同的电压，分别连接到指定的电源。在接收端，上述情况下的受电设备（PD）可通过点对点 T1L 连接以 48V 电压输出最大 50W 功率。在 24 伏电压下，使用稳压 PSE 的最大功率仍为 10 W。该系统在很大程度上与过程自动化网络中的干线和支线拓扑结构兼容。
目前，单对以太网的标准化非常适合支持工业自动化的需求。由于物理层技术已经在汽车行业的一些不同产品中得到应用，工业用户在开始实施时可以信赖已经过现场验证的物理技术。不过，要将 SPE 嵌入实际的以太网标准中，特别是在工厂自动化环境中，还有很长的路要走。从系统安装的角度来看，每个传感器都有一个 IP 网络，可以通过独立于供应商的工具环境在现场配置和维护传感器。从系统安装的角度来看，在每个传感器上安装一个 IP 网络，就可以通过一个独立于供应商的工具环境在现场配置和维护传感器。
