请关注一下单对线以太网SPE（五）

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在“剑指工控”网站上，我们谈Ethernet-APL 已经谈了很多了，而与之关系密切的单对线以太网SPE却没怎么说，其实SPE挺重要的，所以我就请大家关注一下单对线以太网SPE。




6  SPE在过程控制的应用




6.2
华为与单对线以太网
华为公司是全球领先的ICT（信息与通信）基础设施和智能终端提供商，他致力于把数字世界带入每个人、每个家庭、每个组织，构建万物互联的智能世界，让无处不在的联接，成为智能世界的前提和基础；让云无处不在，让智能无所不及；让所有的行业和组织，因强大的数字平台而变得敏捷、高效、生机勃勃。华为公司联手国内外企业，一方面广泛参与单对线以太网的标准讨论，一方面研究应用这一技术的产品，比如NG-SPE控制系统、工业光总线等等。

6.2.1
NG-SPE技术要点：
采用OFDM(正交频分复用)基础调制方式，具有抗干扰能力强、传输距离远、支持节点多的优势；
数据通信采用2~80MHz频段，通信速率可达500Mb/s，在1km的18AWG非屏蔽双绞线或线径1 mm2的RVS线缆上，通信速率可达100Mb/s；
支持在低频段低速通信，用于多点供电管理、连接检测等；
可实现点到多点通信，当前支持15个节点，未来可扩展到256个节点或更多；
支持单对线直流供电、低频通信、高频OFDM通信的共存；
网络拓扑支持星型、总线型，连接方式支持T型连接、菊花链型连接或分路型连接。
NG-SPE技术可取代HART、现场总线和RS-485等低速总线，用于工业、物联领域，实现点到多点、高速远距离的单对线通信。


6.2.2
用于流程行业
图8是用于流程行业的NG-SPE控制系统架构图。分析一下这张图，可知现场设备在接入控制系统之前，是通过无源分配器、SPE交换机两级交换机设备传送到通用接入交换机，然后进入控制系统PLC/DCS。而这两级交换机应该对应Ethernet-APL架构里的现场交换机、电源交换机；无源分配器的连接设备数量是8~15台，在Ethernet-APL的现场交换机则是最大50台；无源分配器连接现场设备的支线长度是50~100m，在Ethernet-APL为小于200m；由于NG-SPE控制系统支持向现场设备供电，那么SPE交换机应该为无源分配器及其连接的现场设备提供电源；无源分配器、SPE交换机之间的主干线长度是100~200m，在Ethernet-APL为小于1000m；NG-SPE控制系统的通信速率是100Mb/s，而Ethernet-APL为10Mb/s。

华为公司除了研究NG-SPE控制系统外，2023年7月在第十九届工业自动化与标准化研讨会上，还与仪综所联合业界多家公司共同发布《工业光总线白皮书》。白皮书对光总线技术进行了综合阐述和分析，详细介绍了工业光总线的协议架构、关键技术和发展趋势，并列举了具体的应用场景和应用效果。凭借光总线的技术优势，用户在工业场景中能够充分发挥光总线的技术能力，提升制造装备工艺水平，更好实现企业智能制造和数字化转型。
在智能制造和数字化转型目标的指引下，仪综所和华为提出了基于F5G技术的工业光总线方案，并联合华中科技大学、中南大学、深圳市正运动技术有限公司、武汉迈信电气技术有限公司、常州洛源智能科技有限公司、上海柏楚电子科技股份有限公司、深圳市华成工业控制股份有限公司等合作伙伴，在制造业多个场景和行业中展开了联合创新和应用。工业光总线采用全光通信技术连接工业现场生产要素，既可以使企业的数据流转更加顺畅，保障业务数据、生产数据和控制数据的高效综合承载，又可保证其总线安全、便捷和易用，并提供面向不同工业生产场景下光总线互联的整体解决方案，同时推动机器视觉检测、精准远程操控、现场辅助装配、无人巡检安防等应用加速普及，对企业生产水平的提升效果显著，其优势得到了业界的广泛认可。
当前，工业通信网络面临着新的挑战。在数控机床和工业机器人应用领域，以及半导体制造、冶金、能源等行业中，由于新生产工艺和生产装备的使用，加之工业现场环境复杂多变，这对于工业通信网络提出了高精度多轴同步、超大数据量和超长距离高精度传输、强抗干扰能力等极高要求。F5G以光纤作为传输媒质，具有抗干扰、高可靠、强实时、低抖动、大带宽等优点，天然满足企业在实施智能制造过程中对于数据通信的极高需求。




7 结束语




单对线以太网是一种新兴技术，是一种进入工业领域的新标准。它通过单对线实现以太网通信，不仅可以实现数据传输，还可为现场设备供电，这样当控制系统需要做出关键决策时，可以访问来自现场设备大量丰富的数据。

单对线以太网还在不断创新，不断制定新标准，以满足不同行业、不同场景的需求，一些擅长网络技术、通信技术的公司正通过单对线以太网技术进入自动化仪表行业，给我们带来技术、人才、资金，我们盛情期待他们与传统自动化仪表行业厂商一起创建新型架构的控制系统，为工业物联网的发展做出贡献！
























方原柏
2024年08月

仪表客厅是“剑指工控”专门宣传仪器仪表及自动化知识的场所，可以是知识碎片，也可以是轶闻趣事，谈天论地，评头品足，各抒己见。欢迎专业相近、志趣相投的朋友欢聚在“仪表客厅”。
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作者简介
方原柏：湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院电气自动化分院教授级高级工程师，衡器、自动化仪表、冶金自动化、仪器仪表用户、仪器仪表与自动化等杂志编委，昆明仪器仪表学会理事长，中国衡器协会技术专家委员会顾问，主要从事仪器仪表、控制系统的应用研究，曾出版“电子皮带秤的原理及应用”（1994年，冶金工业出版社）、“电子皮带秤”（2007年，冶金工业出版社）“流程行业无线通信技术及应用”（2015年化学工业出版社）、“有色金属生产过程自动化”（2015年，人民邮电出版社）四本专著，“检重秤”（中国质量标准出版社，2020年），“金属探测器”（中国化工出版社，2023年）。发表论文370篇。

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