简介
随着物联网、云计算、人工智能、5G等技术的发展，智慧城市离我们越来越近，人们也开始延展出楼宇识别、感知、交互等个性化需求，因此城市的建筑与科技也开始融合，转向了智能化。
智能楼宇是利用通信网络系统将通讯自动化、楼宇自动化、办公自动化、消防自动化、保安自动化等系统有机整合，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合系统。是一个边沿性交叉性的学科，涉及计算机技术、自动控制、通讯技术、建筑技术等，并且有越来越多的新技术在智能楼宇中应用。而这些，都离不开各种设备之间的数据通信，在更高速率的通讯网络支持下，本地端通讯响应速率要求需更新升级。过去传感器或现场监测仪器仪表是通过模拟信号4 mA至20mA或现场总线通信，而越来越多样化应用架构，使得传统的通讯方式遇到了瓶颈，也逐渐以太网通信方式开始成为标准。
一种2线以太网解决方案，线路长达1000米，传输速度为10 Mbps，同时支持PROFINET、Ethernet/IP、OPC UA、Modbus-TCP等传输协议的新的以太网标准10BASE-T1L出现了，它能基于原有的4~20mA线路提供更高的通讯速率。那么下面将介绍什么是10BASE-TIL，它能为智能楼宇建设带来哪些好处。
10BASE-T1L是什么？
10BASE-T1L这个名字大致解释了其含义。这里使用了电气与电子工程师协会(IEEE)缩写。
介质类型中的“10”是指10 Mbps传输速率。“BASE”是指基带信号，即只有以太网信号才能通过介质传输。“T”代表“双绞线”。数字“1”代表1 km范围。在这种情况下，后面跟着的“L”代表“长距离”，意味着段长可能为1 km甚至更长。
此外，还存在其他网络技术，如10BASE-2（最大段长为185 m的较细同轴电缆）、10BASE-5（最大段长为500 m的较粗同轴电缆）、10BASE-F（光缆）或10BASE-36（具有多个基带通道，且最大段长为3600 m的宽带同轴电缆）。
10BASE-T1L可分类至OSI模型的哪一层？
10BASE-T1L可使用现有的2线基础设施，线路长度高达1000 m，传输速度为10 Mbps。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）定义。10BASE-T1L在位传输层之上，支持常用以太网协议（如PROFINET、Modbus等）以及楼宇管理系统中常用的其他总线系统（如BACnet、KNX和LON）。表1为模型层及协议和总线系统概览。
10BASE-T1L可利用第1层的特殊以太网PHY实现。以太网帧通过介质无关接口(MII)、简化MII (RMII)或简化千兆MII (RGMII)在MAC和PHY之间传输。
MAC由以太网标准IEEE 802.3定义，在数据链路层（第2层）中实现。PHY构成物理接口，并负责传输介质和数字系统之间数据的编码和解码。
表1显示了OSI模型及其协议和总线系统的概览
10BASE-T1L可与智能楼宇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与其一起使用？
建筑物的基础设施非常重要，不仅仅是为今天的住而住，而是更多为未来实现更加智能化的建筑基础提供条件，比如为传感器节点信号提供的专用线路，智能用电用水网络，环境监测节点等等，因为受距离因素和环境干扰因素的限制，自动化应用中模拟信号传输线路尤为常见。
10BASE-T1L设计能在许多楼宇自动化应用中能取代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电流环路连接的旧款现场仪表就必须更换为支持10BASE-T1L的现场仪表。用户也可以通过信号上传的响应速率需求，通过软件可配置I/O (SWIO)模块进行连接，集中，再通过10 Mbps以太网上行链路与PLC连接的采集点。
软件可配置I/O模块具有可重新配置的模块通道，允许模块快速、轻松地远程运行，无需大量重新配线。通道可配置为电流和电压的输入或输出，或数字和模拟的输入或输出。
图1.传统现场自动化和支持10BASE-T1L的现场仪表的架构示例
10BASE-T1L支持两种幅度模式：电缆长度不超过1000 m为2.4 V，电缆长度不超过200 m为1 V。通过采用1.0 V的峰-峰幅度模式，该技术还可以用于防爆环境（危险区域），并满足防爆环境严格的最大能耗要求。根据行业联盟的规定，高级物理层(APL)基于10BASE-T1L标准构建，同时定义了过程自动化的本质安全操作。同样，Ethernet-APL支持向使用现场至云端连接的无缝过程自动化设备过渡，包括食品和饮料、制药以及石油和天然气行业中存在潜在爆炸性气体环境的区域。此外，APL还定义了通过单条双绞线线路传输的电源供应等级。
10BASE-T1L未定义具体的传输介质（电缆）。只规定了电缆的回波损耗和插入损耗要求。现场总线Type A电缆为可选电缆。这允许重复使用现有的PROFIBUS或HART基金会现场总线布线。10BASE-T1L可通过长达1000 m的电缆与一对平衡导体一起使用，且不会出现任何问题。然而，在嘈杂的工业环境中，需要使用屏蔽电缆（如Type A电缆），同时使用连接器、螺丝端子或穿孔板(punch-down block)。一些10BASE-T1L交换芯片具有集成诊断功能，可检查电缆信号质量。因此，10BASE-T1L是一项非常可靠的通信技术，即使是将电线混在一起使用也不会出现问题。
10BASE-T1L的优势？
传统4 mA至20 mA与HART®和现场总线设备的数据带宽有限，只有几个kbps。利用10BASET1L，可实现10 Mbps的传输速度。这样，不仅可以传输过程值，还可以传输其他设备参数，如配置和参数化信息。未来，可以相对快速地进行日益复杂的传感器软件更新，以及故障和网络诊断（如传感器线路短路）。由于10BASE-T1L 不再需要使用网关和变换器，配置也更简单。通过消除网关， 可大大降低这些旧设备的成本和复杂性，并且可以清除这些设备产生的数据孤岛。此外，还可以通过数据线路传输更大功率。例如：在本质安全区域（危险区域）可传输500 mW功率，在非本质安全区域甚至可传输高达60 W功率。以太网标准（如PROFINET、EtherNet/IP、HART-IP、OPC UA或Modbus-TCP）和物联网协议（如MQTT）可实现现场设备至云端的简单而强大的连接。
10BASE-T1L是否能够与交换模块一起使用？
与标准以太网一样，使用10BASE-T1L时，会有支持各种网段和设备耦合的网桥。可实现不同的网络拓扑结构，并用于向连接的设备供电。在过程自动化领域，交换机通常连接至控制器、HMI和云端。交换机允许环形拓扑结构形式的介质冗余，以提高可用性。在过程自动化领域，与设备、传感器和执行器的连接亦称为支线，而交换机之间的连接以及至控制系统的连接则称为干线。设备集成密度的不断增加还可以实现其他可能性。例如：10BASE-T1L 交换机可集成到传感器中，而该传感器可直接连接至亦由该交换机供电的其他传感器。可通过主机处理器实现与支持10BASE-T1L的设备通信。通常需要集成式MAC功能、无源介质转换器或带有10BASE-T1L端口的交换机。
我可以通过“双线”实现设备供电吗？
10BASE-T1L标准不仅提供传感器和执行器的数据通信功能，而且还提供通过信号线路供电功能。具体来说，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500mW；在这种情况下，信号幅度也从标准应用的2.4 V减少到1 V，以符合适用于该区域的最大能量的严格要求。然而，在本质安全区域，只能缩短传输距离。
表3概述了在不同线路长度和区域，Type 18 AWG电缆可能的电力传输水平。
表3. 不同电缆长度(Type 18 AWG)的电力传输水平概览
在楼宇自动化应用设计中，值得关注的ADI产品
- ADIN1100, ADIN1110符合IEEE 802.3cg标准-10Base-T1L的10Mbs单双绞线支持客户的IP到边缘战略，无缝连接–以太网数据包从边缘到云，无需网关转换，边缘节点的IP寻址能力，可随时随地集中、实时控制和管理建筑参数。更低的拥有成本降低网络复杂性，消除与多种不同连接解决方案相关的支持成本和负担。
- ADIN1200, ADIN1300行业领先的10 Mbps/100 Mbps以太网物理层设备，具备增强型功能集，可靠性通过验证。
- fido5200, 实时嵌入式双端口多协议交换芯片，支持多种可用的TSN功能。新TSN功能可以通过可用的固件更新来实现。还支持多协议软件更新，可通过ADI Chronous开发人员门户获取。可靠性通过验证、可扩展且完整的以太网解决方案可以简化系统设计并缩短开发时间，ADI Chronous就是针对客户需求专门设计的这样一款解决方案。它是日臻完善的可扩展以太网方案。
- AD74412/3R，ADI开发的一种可配置I/O产品，将有助于开发现场可编程I/O单元，完美融合传统仪器。
- LTC4040, 一款完整的 3.5V 至 5.5V 电源轨电池后备系统。其包含一个高电流升压型 DC/DC 稳压器，以采用单节锂离子电池或 LiFePO4 电池来为电源提供后备。当外部电源可用时，升压型稳压器作为一个降压型电池充电器反向运作。
- ADPD188BI，一款双光路，小体积用于设计烟雾传感的超小体积模块。 它是利用光学双波长技术进行烟雾探测有效的判断烟雾颗粒物大小，从而减少误报。
