Zasilanie przez PoE

Czas szybko płynie, bo okazuje się, że w przyszłym roku minie 15 lat od wprowadzenia pierwszej specyfikacji zasilania urządzeń za pośrednictwem kabla sieciowego - PoE (Power over Ethernet). Jego pojawienie się na rynku było skutkiem tego, że Ethernet towarzyszy coraz liczniejszym urządzeniom "niewielkim" zarówno pod względem wymiarów, jak też możliwości i wymagań komunikacyjnych.

Uwolnienie się od dodatkowych kabli oraz wielu różnych zasilaczy nierzadko o wątpliwej jakości i trwałości, które dodawane są do urządzeń końcowych, było ważnym osiągnięciem technicznym i skierowało rozwój rynku w stronę systemów monitoringu, kontroli dostępu, telefonów VoIP i podobnych. Zasilanie za pomocą PoE stało się bardzo poszukiwane w wybranych typach zastosowań, np. w systemach monitoringu za pomocą kamer wideo, gdyż dostęp do sieci energetycznej nie zawsze jest tam wygodny, a koszt okablowania jest zawsze znaczący.

Najbardziej palące problemy rynku urządzeń komunikacyjnych

Na liście największych problemów, z jakimi zmaga się krajowy rynek komponentów sieciowych, wyraźnie wybijają się dwie pozycje: ograniczenia w inwestycjach oraz silna konkurencja. Omawiane urządzenia są zwykle wykorzystywane do tworzenia nowych systemów i instalacji, modernizacji infrastruktury, a więc tzw. projektów – innymi słowy właśnie szeroko rozumianych inwestycji. Z nimi nie jest najlepiej, o czym świadczą nie tylko dane wynikające z przeprowadzonej ankiety, ale także wiele innych indeksów podawanych przez GUS lub organizacje gospodarcze, np. nastrojów przedsiębiorców, liczby wydawanych pozwoleń itp. Gorsze warunki w połączeniu z dużą konkurencją oraz dużą podażą tego typu produktów sprawiają, że biznes nie zalicza się do łatwych. Do tego wszystkiego dochodzi brak wiedzy u klientów, na skutek czego wybór dostawcy oraz produktu niekonieczne jest optymalny, a nierzadko skupiony wyłącznie na cenie lub jest efektem przypadkowej i nieprzemyślanej decyzji.

PoE upraszcza okablowanie sieci i zmniejsza koszty jej budowy oraz eksploatacji. Ponadto pozwala monitorować zużycie energii w poszczególnych węzłach oraz w razie potrzeby zdalnie restartować lub wyłączać poszczególne urządzenia. Pojawienie się nowej wersji PoE+ pozwoliło na podwojenie mocy doprowadzanej do urządzeń końcowych i dzisiaj switche zapewniające możliwość zasilania oferują praktycznie wszyscy producenci.

Mikrokontrolery i moduły

Popularność Ethernetu napędza też łatwość dodania tego interfejsu do aplikacji w systemach embedded. W przypadku elektroniki dostępne są mikrokontrolery z wbudowanym interfejsem ethernetowym, dzięki czemu koszty wzbogacenia o tę funkcjonalność są w praktyce niewielkie. Poza nimi można kupić moduły, które pełnią funkcję mostów między Ethernetem a GPIO, RS232 lub innymi popularnymi interfejsami szeregowymi.

Są to rozwiązania o wysokim stopniu integracji, często niewiele większe od samego gniazda RJ i w sumie niedrogie, bo wytwarza je wiele firm. Dzięki nim dodanie portu sieciowego nie wymaga wiele pracy i jest chętnie wykorzystywane przez producentów aparatury modułowej, urządzeń sterujących i aplikacji "mniejszego kalibru".

Urządzenia przewodowe

Podstawowym elementem infrastruktury komunikacyjnej dla Ethernetu jest switch. Może on być prosty (niezarządzalny) lub złożony (zarządzalny) i o różnym wyposażeniu. Typowy switch ma od kilku do kilkunastu portów do podłączenia kabla miedzianego UTP, wersje złożone mogą mieć też port światłowodowy lub są zintegrowane z bezprzewodowym punktem dostępowym tak, że można do urządzania podłączyć się na różne sposoby. Obecnie sieci przemysłowe i te pracujące w mniej odpowiedzialnych zastosowaniach mają zwykle charakter mieszany i są uzupełniane komunikacją bezprzewodową, bo jedno urządzenie zapewniające oba typy połączeń jest wygodniejsze.

Funkcjonalność switcha obejmuje ponadto wiele funkcji związanych z transmisją danych, zarządzaniem dołączonymi urządzeniami, nakładaniem limitów, tworzeniem rozwiązań z redundancją, obsługą alarmów, szyfrowaniem transmisji oraz wsparciem dla protokołów przemysłowych opartych na Ethernecie. Switch jest też źródłem energii zasilającej w aplikacjach PoE, a niektóre wersje mają konstrukcję modułową pozwalającą na rozbudowę zasobów.

Dominujący odbiorcy w sektorze urządzeń komunikacji bezprzewodowej

Na liście branż i sektorów postrzeganych jako główni odbiorcy urządzeń i komponentów do komunikacji sieciowej na czołowym miejscu znalazły się zastosowania przemysłowe w systemach automatyki. Warto zauważyć, że kategoria ta została wskazana przez prawie wszystkich pytanych, a jej znaczenie przewyższa na wykresie znacznie całą resztę. Można to odczytywać w taki sposób, że aplikacje przemysłowe stanowią obecnie dla dostawców prezentowanych w tym opracowaniu główny obszar aktywności. Niższe wskazania energetyki, sektora ICT oraz aplikacji budynkowych to wynik tego, że są to rynki dojrzałe albo zbyt specjalistyczne w porównaniu do przemysłu. Zaskakująco pozycja związana z ochroną mienia, a więc systemami monitoringu, które też bazują na sieciach ethernetowych i protokole TCP/IP, nie wypadła rewelacyjnie. Być może jest to wynik hermetyczności tego sektora, bowiem potencjał strony technologicznej jest tu bezsprzecznie duży. Czasy, gdy kamery wykorzystywały zapis analogowy i były łączone kablem koncentrycznym, szybko odchodzą w przeszłość, a kabel UTP jest dzisiaj głównym wyposażeniem instalatora.

Trendem rozwojowym jest w przypadku omawianych urządzeń rosnące obecnie wykorzystanie sieci gigabitowych, a w przyszłości - spodziewana popularyzacja rozwiązań 10 Gb/s.

Do produktów zawierających się w omawianym obszarze należą też serwery portów szeregowych, mediakonwertery oraz karty sieciowe. Te pierwsze umożliwiają dostęp do portów szeregowych RS232/422/485 z poziomu Ethernetu (serial-to-Ethernet i na odwrót). Są one potrzebne do sterowania i zarządzania urządzeniem poprzez sieć oraz wydłużenia niewielkiego zasięgu RS-a. Dzięki odpowiednim sterownikom, z punktu widzenia oprogramowania, takie przedłużenie może być przeźroczyste dla danych i aplikacji.

Te drugie to moduły służące do zmiany medium transmisyjnego - w szczególności Ethernetu miedzianego na światłowodowy oraz moduły wykorzystujące transmisję bezprzewodową. Natomiast karty komunikacyjne to fizyczna realizacja interfejsu w komputerach. Niemniej od kiedy port sieciowy stał się standardowym elementem płyt głównych, karty spadły na specjalistyczny margines (głównie w systemach pomiarowych).

Moduły IO to z kolei urządzenia zapewniające możliwość podłączenia fizycznych czujników, elementów wykonawczych, liczników, napędów do sieci. Dzięki nim za pomocą jednego połączenia ethernetowego można obsłużyć wiele takich komponentów, gdyż moduły IO dostępne są w bardzo szerokim asortymencie - zarówno z wejściami i wyjściami cyfrowymi, jak też analogowymi i zawierają od kilku do ok. 16 linii w różnych kombinacjach.

Są też wersje modułowe pozwalające na rozbudowę, dzięki czemu jeden moduł może obsłużyć wszystkie sygnały dostępne w maszynie, bez konieczności rozbudowy okablowania z przekaźnikami na wyjściu, optoizolacją oraz oczywiście wersje z komunikacją bezprzewodową oraz dostosowane do polowych standardów przemysłowych bazujących na Ethernecie (Profibus, Modbus, Profinet).