原创深度：PoE技术在工业系统中的应用

PoE技术简介

以太网供电（PoE）是一种标准以太网布线的双重功能技术，既作为数据传输设施，又作为向远程设备供电的手段。这项技术的出现在简化安装和提升互连效率方面提供了许多优势。应用于这项技术的常用设备包括：IP电话、安全摄影机、智能照明设备、现代智能办公设备等装置，它们都能采用PoE技术来完成设备供电。这样，就能省去配置电源线的费用，使整个装置更简洁，成本更低。

图源：Anucha Cheechang/Shutterstock.com

对于工业领域而言，也是如此。通过以太网电缆传输电力，需要在设施上铺设的电缆更少，从而更容易建立或重新配置生产场所。目前PoE技术已经从传统的WLAN、网络监控、IP电话等领域延伸到新零售、IoT、智慧城市等多种新的应用场景。这种技术具有成本低、施工方便、供电稳定、运维效率高等特点。

PoE技术的历史

通过以太网电缆传输电力的概念可以追溯到2003年，当时IEEE批准了第一个以太网供电（PoE）标准，这是对IEEE 802.3bt核心标准的修正。IEEE 802.3af是IEEE标准委员会批准的第一个关于数据终端设备 (DTE) 通过媒体相关接口 (MDI) 供电的标准。以这种方式供电的前提是在部署越来越多的以太网连接设备时采取降低成本的措施。任何联网设备，无论是安全摄像头、无线接入点还是工业传感器，都需要电源才能工作。PoE标准是IEEE 802.3af，该标准规定了15.4W输出功率。并向受电设备提供48V的直流电。后期的衍生标准包括802.3at（PoE+），相较IEEE 802.3af，可输出2倍以上的电力，每个端口的发射功率可在30W以上；以及802.3bt（PoE++），它可以发射60W或100W的功率。还有一些非标准的实现可以获得更高的功率或更长的覆盖范围。

在任何联网设备中，无论是生产现场所需要的安全摄像头、无线接入点还是工业传感器，都需要电源才能工作。通常，这将涉及到在设备附近为其放置一个线路电源插座，即使低压电源需求相对较小，通常不超过10W。在大多数情况下，设备可能是唯一需要线路电源插座的原因，而且很明显，在连接所有设备之前，广泛的部署可能会带来巨大的电气安装成本。PoE的另一个好处是在线路断电的情况下为重要的用电设施提供备用电源。

PoE技术在工业领域的一些应用

简化系统布线降低能耗产生。许多工业自动化设施的设计有一项原则是易于配置和布局。例如，生产设施中的装配线可能需要拆卸和设置以生产不同的产品。以太网和PoE的结合增加了自动化系统的模块性，使一些设备几乎是即插即用的，只需插入以太网电缆即可提供网络连接和电源。这简化了工厂设置，使电缆更容易布线并连接到设备层。

这也节省了项目实施的时间，同时节省了额外布线的成本和铺设电缆所需的人力。此外，通过为网络上的每个PoE端点或供电设备（PD）提供一个中央电源，PoE提供了一个单一的维护点。例如：启用PoE的交换机或集线器可以安全地为每个PD提供高达90W的功率，使PoE适用于摄像机、紧凑型控制面板以及阀门等执行设备。

同样，采用PoE技术还可以释放额外布线的空间。由于功耗、热能耗等问题，工业设施中的大多数电缆束会有一定的限制。同一束中的电缆通常使用扎带固定在一起。因此，电缆束中的所有电缆都会产生热量，从而升高整个电缆束的温度，称为“温升”。由于电阻随温度升高而增大，随着温升的增加，由于热量引起的功率和信号损耗将降低电缆束中每根电缆的功率效率。PoE简化了工业自动化中电力电缆的使用，从而减少了一束电缆的数量，减少了热功耗，并防止了以太网双绞线中的信号退化，提高了向设备供电的效率。因此，在自动化设备中增加PoE技术具有很强的现实意义。

面向PoE的解决方案

Microsemi/Microchip的PD69104B1ILQ电源开关IC支持网络设备通过单根电缆共享电源和数据。PD69104B1支持44V至57V的电源电压，无需额外电源。该电源开关IC包括内置热保护。该器件在单个48引脚塑料QFN封装中集成了电源、模拟电路和最先进的控制逻辑。以太网交换机和中跨设备均采用该款电源开关IC芯片。PD69104B1器件是一款4端口、混合信号、高压以太网供电（PoE）管理器。该电源开关IC支持三种工作模式，即MSCC扩展自动模式、半自动模式和自动模式。PD69104B1ILQ电源开关IC通过过载、欠载、过压、过热和短路机制提供功率器件实时保护。

图1：Microsemi/Microchip PD69104B1ILQ电源开关IC

Microsemi/Microchip的PD-96xxGC千兆中跨是PoE（以太网供电）注入器，可按照IEEE 802.3bt标准提供高达90W的功率。PD-96xxGC中跨设计用于电流的远程供电以及新兴的大功率应用，有1、6、12和24端口型号可供选择。PD-96xxGC中跨非常适合用于为802.11接入点、pan-tilt-zoom（PTZ）和半球型摄像机、IP视频电话以及其他具有90W功率的大功率以太网终端供电。这些802.3bt器件与任何IEEE 802.3af/at终端向后兼容，并可与其一起安全使用。借助即插即用型安装，可轻松且经济高效地利用现有的以太网基础设施，同时确保面向未来的网络安全。

图2：Microsemi/Microchip PD-96xxGC千兆中跨

结论

随着以太网交换机的使用及普及，PoE功能已经成为许多以太网交换机的一项标准配置。它不仅可以在同一根电缆上提供安全高效的电力传输，同时还可以保持安全、可靠的网络连接。采用PoE技术的交换机会越来越受欢迎。未来，PoE交换机发展趋势将偏向更高功率，为更多IP设备提供安全、稳定的电力。

作者：平珏

平珏先生现任贸泽电子亚太区技术行销经理，曾任菲尼克斯电气（中国）有限公司产品市场经理等职务。具有10多年的产品应用、解决方案、市场开发、市场应用、产品评估的专业经验；覆盖工业自动化、人工智能、工业机器人等领域。毕业于上海交通大学，获得通信工程学士学位及控制工程硕士学位。

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