Ethernet jednoparowy przyspiesza cyfryzację produkcji

Niższy koszt instalacji i zrównoważony rozwój

Konstrukcja dwuprzewodowa SPE obniża koszty instalacji dzięki mniejszej średnicy kabla o ponad 75%, ułatwiającej układanie przewodu, niższej wadze, a więc także niższej cenie, mniejszym rozmiarom złączy wynikających z użycia tylko dwóch pinów. Cieńszy i prostszy kabel w SPE zapewnia ponadto o 30% większy dopuszczalny promień zgięcia niż było to w zwykłym Ethernecie kategorii 5. W ten sposób rozwiązanie jednoparowe stało się optymalną metodą wspierania zrównoważonego rozwoju technologii komunikacyjnych przy niezwykle ograniczonym wykorzystaniu surowców, takich jak miedź i tworzywa sztuczne.

Inteligentne polowe urządzenia brzegowe

Dwuprzewodowy Ethernet umożliwia tworzenie inteligentnych urządzeń polowych, w tym czujników, siłowników, czujników wizyjnych, robotów, sterowników, styczników, monitorów drgań i napędów silnikowych. Takie urządzenia wykorzystywane są na styku (brzegu) instalacji, po to, aby przekazywać dane dotyczące realizowanych operacji nieprocesowych, w tym pomiary jakości i wydajność produkcji, monitorowanie zasobów i stanów, diagnostyki maszyn w zakresie konserwacji predykcyjnej. Informacje z brzegowych czujników przekazywane są do systemów zarządzania produkcją, aplikacji biznesowych i systemów w chmurze. Z użyciem SPE można podłączyć więcej takich komponentów przy mniejszej komplikacji i kosztach.

Do obsługi SPE producenci półprzewodników przygotowali specjalizowane układy kontrolerów w postaci System-on-Chip (SoC) co sprawia, że realizacja komunikacji stała się tania i dostępna. Dzięki temu, że takie układy scalonych kontrolerów wykorzystywane są też w innych urządzeniach i sprzęcie masowego użytku, dodanie SPE do wielu komponentów, w tym tych istniejących już na rynku nie jest problemem.

Zasilanie przez linię danych

Ethernet SPE umożliwia zasilanie urządzeń końcowych z użyciem linii danych, w ramach standardu PoDL (IEEE 802.3bu). Daje to ogromną wygodę i jeszcze bardziej poprawia wydajność instalacji, gdyż energia zasilająca dla wielu urządzeń końcowych w sieci może być dostarczana za pomocą tej samej pary przewodów komunikacyjnych. Specyfikacja standardu obejmuje kilka opcji mocy i napięć o wartości 12, 24 i 48 V. Napięcie 12 V jest wygodne w przypadku aplikacji zasilanych bateryjnie i mobilnych, podczas gdy 24 V to typowe napięcie dla paneli sterowania i sterowników w systemach automatyki, 48 V przydaje się w bardzo rozległych instalacjach, gdzie przewody sieciowe są bardzo długie, a więc spadek napięcia na nich mógłby zakłócić działanie urządzeń.

Aplikacje wielopunktowe bez switcha

Specyfikacja 10BASE-T1S dla Ethernetu jednoparowego gwarantuje bezkolizyjną, deterministyczną transmisję danych w sieci wielopunktowej bez konieczności użycia switchy Ethernetowych, co zapewnia jeszcze większe oszczędności kosztów instalacji, gdyż nie ma potrzeby stosowania wielu dodatkowych elementów infrastruktury sieciowe i ponoszenia kosztów ich zasilania.

Od 10 Mbps aż do 10 Gbps

Protokołu SPE IEEE802.3 obsługuje prędkości od 10 Mbps do 10 Gbps dzięki czemu SPE może być używany w szerokim zakresie zastosowań przemysłowych, aż po dołączanie z jego użyciem wysokorozdzielczych czujników wizyjnych, skanery lidarowych lub laserowych niezbędnych w aplikacjach robotyki, w tym cobotach lub autonomicznych pojazdach wykorzystywanych w centrach logistycznych i automatycznych magazynach.

Standardowe złącze

Złącze wykorzystywane w aplikacjach SPE zostało zdefiniowane w ramach międzynarodowego standardu IEC 63171-6 definiującego zastosowania przemysłowe. Interfejs połączeniowy T1 dla przemysłu opisany został w normie IEC 63171-6 i jest objęty standaryzacją firmy HARTING od 2016 r. Jest on obecnie międzynarodowym ustandaryzowanym interfejsem domyślnym dla sieci SPE w środowiskach M3I3C3E3 (przemysł).

IEC 63171-6 (przemysłowy) to kompletny dokument standardu ze wszystkimi niezbędnymi specyfikacjami i sekwencjami testowymi, który jest włączony do aktualnych standardów okablowania SPE opublikowanych w ISO/ IEC 11801-3 + AMD 1 i nadchodzącej specyfikacji ANSI/TIA 568.5 dla okablowania przemysłowego. Standard obejmował szeroką gamę możliwych wariantów interfejsu dla różnych średnic kabli i specjalnych zastosowań od IP20 do M8/M12 dla IP65/67 ze śrubą i blokadą Push-Pull.

Wsparcie dla inżynierów

W 2019 r. firma HARTING i 6 innych przedsiębiorstw założycielskich utworzyły globalną organizację SPE Partner Network w celu w celu zwiększenia tempa rozwoju i dostępności wszystkich komponentów wykorzystywanych w jednoparowym Ethernecie. Celem tej inicjatywy jest ponadto edukacja branży na temat tej nowej technologii i korzyści z wdrożenia zintegrowanej produkcji cyfrowej.

Fundacja sieci partnerów Ethernet Single Pair obejmuje obecnie ponad 50 firm z całego świata. Wspólnym celem wszystkich członków jest ożywienie środowiska SPE. W tym celu wszyscy jej uczestnicy wnoszą swoje kompetencje do wspólnego rozwoju międzynarodowej standaryzacji, opracowywania wszystkich niezbędnych pojedynczych komponentów i urządzeń, a tym samym do szybszego wprowadzania technologii SPE na rynek. W ten sposób sieć przedstawia korzyści płynące ze współpracy przemysłowej, wspólnego rozwoju i bliskiej współpracy z korzyścią dla przemysłu i przyszłych użytkowników tej technologii.

Przyszłość SPE

Ethernet jednoparowy (SPE) rozszerza zastosowanie Ethernetu, aby rozwiązać wiele problemów technicznych w przemysłowych procesach dyskretnych, procesach ciągłych i zastosowaniach, gdzie w grę wchodzą dodatkowe czynniki niebezpieczne (aplikacje iskrobezpieczne). Wydajna, szybka komunikacja danych w połączeniu z inicjatywami ODVA i działaniami fundacji OPC zapewnia płynną transmisję danych i wymianę informacji przez systemy sterowania, operacje, systemy biznesowe oraz do aplikacji w chmurze bezpośrednio z czujników, siłowników i innych urządzeń brzegowych.

W przyszłości SPE stworzy bazę do nowoczesnych systemów przemysłowych i zmniejszy bariery we wdrażaniu nowych technologii. Już dzisiaj z użyciem SPE, firmy przemysłowe mogą łatwiej korzystać z najnowszego, najbardziej zaawansowanego sprzętu, oprogramowania i aplikacji. Większa przepustowość pozwoli na tworzenie aplikacji o wyższych wymaganiach w zakresie komunikacji danych, w tym sterowania napędami, analizy obrazów i rzeczywistości rozszerzonej. Specyfikacja SPE ułatwi też zapewnienie bezpieczeństwa informatycznego, które staje się bardzo ważne w obecnych czasach.

Zaawansowane zastosowania

Dwa kluczowe przykłady użycia SPE to okablowanie w panelu sprzętu sterującego silnikiem i podłączenie oprzyrządowania w podkategoriach niebezpiecznych SPE T1S i T1L. Iskrobezpieczne aplikacje procesowe korzystają z zaawansowanej warstwy fizycznej Ethernet (APL) z funkcjami specyficznymi dla aplikacji, które przenoszą Ethernet i EtherNet/IP na urządzenia brzegowe.

Udział zaawansowanej warstwy fizycznej APL w ODVA, OPC Foundation, FieldComm Group oraz PROFIBUS i PROFINET International (PI) w duchu współpracy przynosi korzyści zarówno sprzedawcom, jak i użytkownikom. Współpraca ta obejmuje również aplikacje T1L w obszarze bezpiecznym, w których stosuje się wspólne praktyki instalacyjne i infrastrukturę wspólną dla wszystkich technologii. Wyższa prędkość APL jest ogromnym ulepszeniem starszej technologii automatyzacji procesów, takiej jak magistrale protokołu Fieldbus.

McKenzie Reed, Technology Manager

HARTING Polska Sp. z o.o.
ul. Duńska 11, 54-427 Wrocław
tel. +48 71 352 81 71, pl@HARTING.com