IP通信应用中串行通信电缆的再利用取决于各种因素。在一系列全面评估中，菲尼克斯电气开始测试各种电缆，确定它们作为SPE物理层使用时可以实现IP通信的最大长度，并为电缆的再使用制定指导方针。

针对现场电缆设备的串行通信

几十年来，以现场电缆总线形式出现的串行通信协议一直是自动化和现场设备之间的桥梁。现场总线用于将位于不同位置的传感器、执行器、阀门和其它设备连接到通信金字塔的更高层次。与模拟通信方法相比，现场总线有几个优点，它们可以在单个通信信道上容纳多个信号。图1显示了自动化金字塔中不同级别的表示，其中传感器和执行器依赖于现场电缆总线将信息传递到控制级别。

图1：工厂自动化过程中的通信级别。

尽管现场电缆总线有许多好处，但与IP通信相比，在带宽和延迟方面也存在一些缺点。许多现场总线的传输速度被限制在千比特/秒（Kb/s），而工业以太网支持的速度超过100兆比特/秒（Mb/s）。虽然不是所有现场电缆设备都需要IP通信的速度和低延迟，但可以通过提高性能进行优化。

启用IP现场电缆设备的优点和挑战

当在现场考虑支持以太网设备时，不同电缆应用布线基础设施需求是非常重要的。工厂和建筑应用可能使用铜电缆，而自动化工厂可以使用光纤电缆基础设施进行高速数据传输。一旦集成到网络中，启用了IP现场电缆设备就可以在网络内部拥有一个IP地址和更通用的电缆网络。这种通用性支持没有网关、更高带宽、加密和身份验证等安全特性的实时通信。

图2：从IP一直到现场级别，按钮和摄像头可以成为同一网络的一部分。

现场级别实施以太网网络的障碍之一是在建筑、工厂中已经存在的串行通信电缆布线基础设施的数量。即使安装新类别电缆设备也是一个选择，现场电缆设备位置超过100米将需要中继器增强电信号，或安装光纤电缆基础设施，但可能是昂贵的，而且在恶劣环境下弯曲和高温会影响光纤。

使用串行布线进行IP通信

铜缆以太网的新物理层旨在扩大铜基础设施的范围，扩展到偏远地区的电缆设备。IEEE 802.3标准包含了用于以太网部署的所有物理层，单对以太网（SPE）物理层覆盖了不同的速度和配置，用于在单对电线上的全双工和半双工通信（图3）。用于以太网通信电缆的物理层与未来的协议，这意味着它们与用于工厂、过程和建筑自动化的工业以太网协议兼容。

图3： IEEE 802.3针对SPE和工作组的标准。

SPE物理层指定了屏蔽或非屏蔽差分导体对，其结构与传统现场电缆总线的布线相匹配，如RS485, CAN, Foundation Fieldbus, Profibus PA, BACnet等。

在现场电缆设备上部署SPE的基础设施已经可用，制造商将继续发布连接器和芯片组或PHY。交换机也可用（图4），包括支持过程自动化的高级物理层（以太网APL）的电缆设备，以及支持数据线电源（PoDL）的10BASE-T1L通信的交换机，使数据传输高达10 Mb/s和现场电源设备。

图4： SPE传感器和现场设备可以连接到控制系统、工程工作站和云计算上。

在SPE的背景下，通信电缆再利用的问题一直存在。危险区域内部署安全的10 Mb/s SPE，以及自动化中的以太网APL，允许重用基础现场总线和现场总线PA线的电缆设备。工厂和建筑自动化市场尚未提出针对现有串行布线的SPE的具体指导方针。虽然SPE物理层的IEEE规范适用于这两个市场，但关于串行通信电缆可以在多大程度上用于长距离IP通信仍存在问题。作为一家制造商，菲尼克斯电气已经开始通过测试各种电缆来回答这个问题，确定它们作为SPE物理层使用时可以实现IP通信的最大长度。

在单对以太网物理层上进行IP通信

如果没有对相关电缆设备结构进行彻底评估，就不应尝试电缆设备重复使用。任何被考虑重用的通信电缆都应进行测试，确保插入损耗（IL）、返回损耗（RL）等满足规范中描述的所有参数。此外，还应考虑到通信电缆的年限和物理完整性，避免不连续性。因此，我们继续研究一些串行通信电缆可以用于SPE传输的程度。

在这次调查中，我们测试了三种不同的串行通信电缆。串行通信电缆的端接使用现场可缠绕的SPE T1 CIM SF连接器（图5）。电缆设备的特性如下：

* 电缆类型YV 2×0.8/1.4，开关线，也称为钟形线，无屏蔽。

* 电缆类型为J-Y（ST）Y 2x2x0.8，带屏蔽的，用于在建筑物中传输KNX信号。

* BACnet双绞线增压额定EIA-485通信电缆，屏蔽。

图5：现场可缠绕的SPE连接器IEC 63171-2，用于终止串行通信电缆到Fluke DSX 8000原型适配器。

电缆测试过程的一部分包括找到一种方法来考虑现实的电缆安排，因为一些电缆部署可能会扩展到不同的领域。在进行电缆测试时考虑了两种配置，如图6所示。这些配置在开放和终止位置进行电缆测试，从而确定终止线路对链路长度性能的影响。

图6：用于评估潜在电缆重复利用的真实电缆配置。

在测量超过40米的长度和终止支线时性能最好。这种配置产生了良好的结果，并表明该配置足以适用于SPE传输。

下一步是确定这些电缆可以运行SPE的最大距离。信噪比（SNR）的测量值被用来确定电缆的最大可能范围。这个电缆测试的结果产生了以下结果：

* 电缆1（YV）的最大变化范围为910 m，信噪比为27.6 dB。

* 电缆2（J-Y（St）Y）的最大变化范围为420 m，信噪比为30.1 dB。

* 电缆3（24/1 PR）的最大传输范围为700 m，信噪比为27.6 dB（图7）。

这些电缆测量表明，SPE传输虽然不是在最大长度，可以使用串行通信电缆实现。

图7：所测试的不同电缆的信噪比结果。

在IP应用中串行通信布线再利用是可能的，这取决于各种因素。应检查电缆的状况，避免出现不连续现象。电缆的配置起着重要作用，应该谨慎评估电缆重复使用。

在考虑电缆设备重复使用之前，应该对现有串行布线进行彻底评估和确认，因为这是确保在现有配置中性能的唯一方法。对于短距离评估，重点应该是回程损耗。对于长距离，重点应该是信号衰减，因为结果表明，距离可能是一个限制因素。虽然串行通信传输使用SPE（10BASE-T1L）的标准中规定的1公里长时可能达不到10Mb/s，但仍然可以在小于1公里的距离内实现传输。