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以太网IEEE 8023cg在楼宇自动化应用案例分析
浏览: 发布日期:2020-09-12

  电气和电子工程师协会(IEEE)迩来界说了一种新型以太网尺度IEEE 802.3.cg,用于10 Mb/s的操作以及通过一对均衡导体实行的功率传输。因为单对电缆现正在可同时撑持数据和电源,以是采用此尺度可撙节洪量本钱,并更易于正在楼宇主动化操纵中实行装置。

  将以太网带到边际器件须要付出诸众勤劳。目下,楼宇主动化中存正在众个通讯收集比如暖通空调(HVAC)操纵利用Modbus、拜望负责利用BACnet、照明利用LonWorks、消防安宁利用以太网。此类收集碎片化须要利用网闭来推行允诺转换,以将统一收集拉拢到楼宇主动化负责金字塔的顶端。最终用户必需顺序经管丰富的体例。

  百般通讯收集存正在的因为席卷须要更长的隔断、众点连合、电源计划以及对限制性允诺的撑持,单对以太网可能管理上述题目。将以太网连合到边际器件可带来以下便宜:可直接拜望负责体例、状况更新、预测性保卫、尺度化硬件以及百般体例之间的互操作性。

  长电缆和短电缆的长度均高出一对均衡的屏障或非屏障电线物理层范例,合用于单对均衡导体上的10 Mb/s以太网局域网,可达起码1000米(利用18 AWG导线实行点对点连合时的长隔断)。

  10BASE-T1S:IEEE 802.3物理层范例,合用于单对均衡导体上的10 Mb/s以太网局域网,可达起码15 米(利用众岔道连合的24-26 AWG导线的短隔断)。

  本文先容了10BASE-T1L的操纵,其正在楼宇主动化体例中高出1000 米的隔断内可供给高达10 Mbps的数据速度。

  10BASE-T1L物理层(PHY)正在单对均衡导体上利用全双工通讯,正在每一目标上同时具有10 Mbps的有用数据速度。10BASE-T1L PHY利用三级脉冲幅度调制(PAM3),正在链道段上以7.5兆波特发送。33位扰码器可助助进步电磁兼容性。MII发送数据(TXD 3:0)利用四二进制三进制(4B3T)编码实行编码,可将所发送的PAM3符号的运转均匀值(DC基线)保留正在畛域之内。利用经管数据输入/输出接口将10BASE-T1L PHY的变送器输出电压设立为1.0 Vpp或2.4 Vpp差分,有助于正在分歧电缆上达成更长的通讯隔断。

  如图2所示,SPE利用应声祛除来达成全双工通讯,并利用众级信令宁静衡来改革信号质料,并正在单对电缆上达成所需的数据速度。解决器和PHY之间的接口没有分别;但正在PHY内,介质干系接口的发送和吸取段须要实行如上所述的改正,以达成单对操作。

  SPE还可通过一个低通滤波器沿统一根单对电缆经数据线(PoDL)发送功率,如图3所示。

  外1列出了IEEE 802.3.cg尺度撑持的各式功率等第。可交付给负载的最大功率为52 W,界说正在正在15级下。IEEE 802.3.bu涵盖低于10级的功率等第。

  过渡到SPE具有众个便宜,席卷装置到利用单个通讯收集经管全面楼宇。它的便宜使总具有本钱得以消浸,并进步了楼宇主动化体例的投资回报率。比如:

  与现有的现场总线收集比拟,带宽改革为达成诸如预测性保卫之类的成效供给了轻巧性。

  10BASE-T1L可供给1000米有着10Mbps数据速度的通讯隔断,有助于替代本钱较高的光缆并达成更众半据传输。

  失火报警负责面板(FACP)连合到百般热量、烟雾和气体探测器。发作事项时,这些正在信令回道中连合的传感器会发出警报,FACP可通过电话收集与消防站通讯。FACP经常撑持众个信令回道,便于分成众个区域或楼层,从而便于识别。

  每个楼宇可有众个FACP,的确取决于楼层和传感器的数目。当大型室第区、办公室、学校或购物中央等方法扩展时,经常须要利用铜线或光纤线通过以太网将楼宇之间的FACP互连至3到4公里处。基于100BASE-TX/10BASE-T的以太网须要众个中继器来桥接这些隔断。这种状况下,为其供电不妨存正在寻事。另一个选项是过渡到光缆,这须要两头都利用介质转换器(铜缆到光纤)。图4描绘了一个示例体例。

  上述两种选项都导致体例变得高贵。SPE可管理隔断长达1 公里的寻事;看待隔断更远的体例,则可利用通过PoDL供电的中继器。PoDL无需利用外部电源,进一步简化了体例。图5描绘了利用SPE的消防体例。

  电梯是一个丰富的体例。搬动轿厢和机房负责器之间的首要通讯链道是通过搬动电缆达成。基于楼宇高度,该电缆长度可达到10到500 米或更长畛域。鉴于其低速央浼和所需的电缆隔断,负责器局域网(CAN)和LonWorks是电梯体例常用的允诺。

  思索到电缆正在运转时代所接受的压力,电缆正在数年内保留牢靠性利害常紧要的。电梯上下搬动时,电缆需弯曲,这看待光纤布线而言并不适宜,以是群众半电梯电缆均由铜制成。思索到电缆长度,尺度以太网分歧用,由于它不行高出100米。

  现正在,依附SPE可供给1公里的隔断和高达10 Mbps的速率,可行动下一代电梯计划的理思采用。轿厢和电梯负责器之间须要更高的数据速度的首要因为有以下几种:

  通过各式传感器向电梯负责器发送更众半据以及轿厢内设置的数据,以实行预测性保卫。

  预测性保卫的一个示例是通过衡量电梯门正在加快、稳态和减速时代的电机电流来监控电梯门的开闭运动,并阐述任何特殊状况。预测潜正在窒碍的本领将避免电梯停机以及为乘梯人带来的未便。

  升级现有电梯与计划具有更高级成效的新电梯一概紧要。管理改装困难的一种伎俩是正在轿厢内部装置像CAN到SPE如此的介质转换器,正在电梯负责器中设立SPE到尺度以太网或CAN。看待下一代体例,电梯负责器可包蕴内置的SPE PHY 10BASE-T1L,轿厢内的设置将通过SPE PHY 10BASE-T1S连合。轿厢还将具有内置的10BASE-T1S-10BASE-T1L以太网调换机,以将轿厢与电梯负责器连合。轿厢内的应急灯和通讯体例可通过PoDL供电,以确保不中缀电源。

  团结计划HVAC负责器可用以负责屋顶单位、冷却器负责单位、气氛解决单位等。HVAC负责器利用尺度以太网与诸如楼宇经管体例等高层楼宇主动化体例连合,并以菊花链办法连合众个HVAC负责器。为正在任何HVAC负责器断电时保留收集连通性,机电式继电器将输入和输出端口上的以太网信号短道。

  HVAC负责用具有众个模仿、数字或现场总线接口,用于通讯或负责衡量温度、湿度和压力等参数的众个传感器(图7)。传感器可能是具有环道电源的模仿输出,也可能是具有独立电源的撑持0至10W / 4至20mA输出。HVAC负责器还可通过通讯接口或模仿连合联至诸如阻尼器、电扇和步进电机驱动等推行器。从负责器、传感器到推行器达成SPE互连,仅需两条线即可简化装置,同时可能拜望边际器件。

  图8注脚了利用湿度传感器的一个示例,个中I2C接口连合到具有内置介质拜望负责(MAC)的微负责器(MCU)。SPE PHY(10BASE-T1L或10BASE-T1S)与MCU的内置MAC连合,而带DC/DC转换器的PoDL为全面电道供电。该系统机闭具有众种上风,席卷传感器连合器的尺度化、可反复利用的硬件、传感器及硬件诊断与校准。

  HVAC负责器中具有众个SPE端口以连合各式传感器和推行器,将须要专用集成电道来达成已有的以太网调换机成效。

  室外互联网允诺(IP)收集摄像头经常装置正在楼宇外围以确保不断捉拿视频,并正在安保受到首要摧毁时发出警报,使安保职员有足够的时代做出反响。这些摄像头到收集录像机的隔断不妨为1 公里或更远,而通过尺度以太网桥接该隔断须要利用中继器或光纤电缆。利用H.264和H.265之类的高效编码体例,即使利用30 fps速度的4-MP传感器,数据速度央浼也降至10 Mbps以下。

  估计改日的IP摄像头产物将撑持SPE,这将简化装置,收集录像机也将供给电源设置端口。8级和9级(48V稳压电源设置)或14级和15级(最大50V至58V)可撑持IP摄像头所需的功率电平,这不妨须要众达52 W的功率操作。看待群众半摄像头体例来说,纵然是内置加热器型,此功率也已足够。看待须要升级的楼宇,一个中央管理计划是利用尺度的以太网到SPE转换器。

  独立型(仅数据)或与电源一齐利用的SPE为楼宇主动化供给了诸众机缘。但正在生态体例取得全数成长之前,已经须要介质或允诺转换器来升级现有体例,且存正在与现有电缆(非屏障、无绞线、线规)和连合器的反复利用干系的寻事,这些电缆不妨无法供给802.3cg中界说的完全隔断或速率。但这并非首要阻拦,由于改日的收益大于局限。SPE的电源设置和供电设置估计将正在改日几年内颁发。正在此之前工程链道将为边际设置供电。您还不妨看到通过无缝集成撑持SPE的楼宇主动化产物。

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