PoE技術(shù)在工業(yè)系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用

PoE 技術(shù)簡介以太網(wǎng)供電（PoE）是一種標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)布線的雙重功能技術(shù)，既作為數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施，又作為向遠程設(shè)備供電的手段。這項技術(shù)的出現(xiàn)在簡化安裝和提升互連效率方面提供了許多優(yōu)勢。應(yīng)用于這項技術(shù)的常用設(shè)備包括：IP 電話、安全攝影機、智能照明設(shè)備、現(xiàn)代智能辦公設(shè)備等裝置，它們都能采用 PoE 技術(shù)來完成設(shè)備供電。這樣，就能省去配置電源線的費用，使整個裝置更簡潔，成本更低。

對于工業(yè)領(lǐng)域而言，也是如此。通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力，需要在設(shè)施上鋪設(shè)的電纜更少，從而更容易建立或重新配置生產(chǎn)場所。目前 PoE 技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的 WLAN、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、IP 電話等領(lǐng)域延伸到新零售、IoT、智慧城市等多種新的應(yīng)用場景。這種技術(shù)具有成本低、施工方便、供電穩(wěn)定、運維效率高等特點。

PoE 技術(shù)的歷史通過以太網(wǎng)電纜傳輸電力的概念可以追溯到 2003 年，當(dāng)時 IEEE 批準(zhǔn)了第一個以太網(wǎng)供電（PoE）標(biāo)準(zhǔn)，這是對 IEEE 802.3bt 核心標(biāo)準(zhǔn)的修正。IEEE 802.3af 是 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)的第一個關(guān)于數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (DTE) 通過媒體相關(guān)接口 (MDI) 供電的標(biāo)準(zhǔn)。以這種方式供電的前提是在部署越來越多的以太網(wǎng)連接設(shè)備時采取降低成本的措施。

任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，無論是安全攝像頭、無線接入點還是工業(yè)傳感器，都需要電源才能工作。PoE 標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.3af，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 15.4W 輸出功率。并向受電設(shè)備提供 48V 的直流電。后期的衍生標(biāo)準(zhǔn)包括 802.3at（PoE+），相較 IEEE 802.3af，可輸出 2 倍以上的電力，每個端口的發(fā)射功率可在 30W 以上；以及 802.3bt（PoE++），它可以發(fā)射 60W 或 100W 的功率。還有一些非標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)可以獲得更高的功率或更長的覆蓋范圍。

在任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，無論是生產(chǎn)現(xiàn)場所需要的安全攝像頭、無線接入點還是工業(yè)傳感器，都需要電源才能工作。通常，這將涉及到在設(shè)備附近為其放置一個線路電源插座，即使低壓電源需求相對較小，通常不超過 10W。在大多數(shù)情況下，設(shè)備可能是唯一需要線路電源插座的原因，而且很明顯，在連接所有設(shè)備之前，廣泛的部署可能會帶來巨大的電氣安裝成本。PoE 的另一個好處是在線路斷電的情況下為重要的用電設(shè)施提供備用電源。

PoE 技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的一些應(yīng)用簡化系統(tǒng)布線降低能耗產(chǎn)生。許多工業(yè)自動化設(shè)施的設(shè)計有一項原則是易于配置和布局。例如，生產(chǎn)設(shè)施中的裝配線可能需要拆卸和設(shè)置以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。以太網(wǎng)和 PoE 的結(jié)合增加了自動化系統(tǒng)的模塊性，使一些設(shè)備幾乎是即插即用的，只需插入以太網(wǎng)電纜即可提供網(wǎng)絡(luò)連接和電源。這簡化了工廠設(shè)置，使電纜更容易布線并連接到設(shè)備層。這也節(jié)省了項目實施的時間，同時節(jié)省了額外布線的成本和鋪設(shè)電纜所需的人力。此外，通過為網(wǎng)絡(luò)上的每個 PoE 端點或供電設(shè)備（PD）提供一個中央電源，PoE 提供了一個單一的維護點。例如：啟用 PoE 的交換機或集線器可以安全地為每個 PD 提供高達 90W 的功率，使 PoE 適用于攝像機、緊湊型控制面板以及閥門等執(zhí)行設(shè)備。

同樣，采用 PoE 技術(shù)還可以釋放額外布線的空間。由于功耗、熱能耗等問題，工業(yè)設(shè)施中的大多數(shù)電纜束會有一定的限制。同一束中的電纜通常使用扎帶固定在一起。因此，電纜束中的所有電纜都會產(chǎn)生熱量，從而升高整個電纜束的溫度，稱為“溫升”。由于電阻隨溫度升高而增大，隨著溫升的增加，由于熱量引起的功率和信號損耗將降低電纜束中每根電纜的功率效率。PoE 簡化了工業(yè)自動化中電力電纜的使用，從而減少了一束電纜的數(shù)量，減少了熱功耗，并防止了以太網(wǎng)雙絞線中的信號退化，提高了向設(shè)備供電的效率。因此，在自動化設(shè)備中增加 PoE 技術(shù)具有很強的現(xiàn)實意義。

面向 PoE 的解決方案

Microsemi/Microchip 的 PD69104B1ILQ 電源開關(guān) IC 支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過單根電纜共享電源和數(shù)據(jù)。PD69104B1 支持 44V 至 57V 的電源電壓，無需額外電源。該電源開關(guān) IC 包括內(nèi)置熱保護。該器件在單個 48 引腳塑料 QFN 封裝中集成了電源、模擬電路和最先進的控制邏輯。以太網(wǎng)交換機和中跨設(shè)備均采用該款電源開關(guān) IC 芯片。PD69104B1 器件是一款 4 端口、混合信號、高壓以太網(wǎng)供電（PoE）管理器。該電源開關(guān) IC 支持三種工作模式，即 MSCC 擴展自動模式、半自動模式和自動模式。PD69104B1ILQ 電源開關(guān) IC 通過過載、欠載、過壓、過熱和短路機制提供功率器件實時保護。

ICMicrosemi/Microchip 的 PD-96xxGC 千兆中跨是 PoE（以太網(wǎng)供電）注入器，可按照 IEEE 802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)提供高達 90W 的功率。PD-96xxGC 中跨設(shè)計用于電流的遠程供電以及新興的大功率應(yīng)用，有 1、6、12 和 24 端口型號可供選擇。PD-96xxGC 中跨非常適合用于為 802.11 接入點、pan-tilt-zoom（PTZ）和半球型攝像機、IP 視頻電話以及其他具有 90W 功率的大功率以太網(wǎng)終端供電。這些 802.3bt 器件與任何 IEEE 802.3af/at 終端向后兼容，并可與其一起安全使用。借助即插即用型安裝，可輕松且經(jīng)濟高效地利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，同時確保面向未來的網(wǎng)絡(luò)安全。

結(jié)論

隨著以太網(wǎng)交換機的使用及普及，PoE 功能已經(jīng)成為許多以太網(wǎng)交換機的一項標(biāo)準(zhǔn)配置。它不僅可以在同一根電纜上提供安全高效的電力傳輸，同時還可以保持安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。采用 PoE 技術(shù)的交換機會越來越受歡迎。未來，PoE 交換機發(fā)展趨勢將偏向更高功率，為更多 IP 設(shè)備提供安全、穩(wěn)定的電力。

審核編輯 黃昊宇