Ethernet jednoparowy – infrastruktura sieci dla przemysłowego IoT

Przemysłowe sieci ethernetowe są wykorzystywane w aplikacjach przemysłowych i oferują szereg korzyści wynikających z transmisji w czasie rzeczywistym. Technologia ta jest jednakże zbyt złożona, aby zastosować ją w prostych aplikacjach i komponentach automatyki, takich jak czujniki. Na tym poziomie korzystano dotychczas z magistralowych architektur komunikacyjnych (szyn). Jednak rosnący poziom cyfryzacji zakładów przemysłowych wymaga dalszego rozwoju istniejącego okablowania ethernetowego. Konwencjonalne koncepcje okablowania nie są już w stanie spełnić nowych wymagań dotyczących zapotrzebowania na miejsce i pracochłonność montażu. Dzięki zastosowaniu rozwiązań SPE można tworzyć infrastrukturę komunikacyjną z jednolitym protokołem komunikacyjnym IP, rozciągającą się od czujnika po chmurę. Zamiast dwóch lub czterech par przewodów, okablowanie Ethernetu jednoparowego wymaga tylko jednej do przesyłania danych i zasilania. Prosta konstrukcja i związana z nią redukcja ciężaru, wymaganej przestrzeni oraz kosztów montażu, zapewniają wiele korzyści dla środowiska przemysłowego. Ethernet jednoparowy umożliwia ekonomiczne podłączenie end-to-end dużej liczby urządzeń końcowych w obrębie przemysłowego IoT, od czujników na obiekcie po chmurę, bez dodatkowych bram i interfejsów.

Dostosowywanie prędkości transmisji danych

Przede wszystkim, SPE nie wymaga dużych prędkości transmisji danych i może obsługiwać duże odległości przy jednoczesnym zachowaniu kompaktowych wymiarów urządzeń. W odróżnieniu od Ethernetu 2- lub 4-parowego, ta technologia łączeniowa wymaga jedynie dwóch przewodów, a więc jednej pary. Jest to możliwe dzięki rozwiązaniom opracowanym przez sektor motoryzacyjny, w którym oszczędność miejsca i wagi jest bardzo ważna. W tym obszarze konieczne jest posiadanie rozwiązań, które wymagają jak najmniej miejsca, ale są w stanie zapewnić wysoką wydajność wymaganą z uwagi na coraz bardziej autonomiczny charakter prowadzenia pojazdów. To powód, dla którego firmy konstruujące samochody zaczęły opracowywać protokół dla Ethernetu jednoparowego we współpracy z IEEE Standards Association już w 2012 r.

Postępująca cyfryzacja sprawia, że te kwestie stają się istotne również w innych sektorach przemysłowych: w miarę, jak coraz więcej czujników wymaga integrowania w maszynach i systemach, okablowanie musi być kompaktowe i zaprojektowane odpowiednio do takiego zastosowania. Ethernet jednoparowy stanowi kluczową technologię, która umożliwi implementację aplikacji IoT w przemyśle: prędkości transmisji 10 Mbits/s na odległość do 1000 m lub do 1 Gbit/s na odległość 40 m, są zupełnie wystarczające nawet dla złożonych systemów czujnikowych. Standard zapewnia także możliwość ciągłej integracji w sieci skanerów i kamer monitorujących lub wykrywających rodzaj i położenie komponentów.

Transmisja danych i zasilanie w jednym

Technologia przesyłu zasilania Power over Data Line (PoDL) oznacza, że Ethernet jednoparowy może być także wykorzystany do zasilania podłączonych urządzeń. Za pośrednictwem interfejsu można dostarczyć do 60 W przy jednoczesnej transmisji danych z prędkością 100 Mbit/s. Umożliwia to zasilanie czujnika i transmisję danych z użyciem tylko jednego kabla z dwoma przewodami. Cała instalacja jest jednocześnie mała i kompaktowa. Dodatkowy kabel zasilający nie jest konieczny, co jest korzystne, gdy mamy do czynienia z ograniczoną dostępną przestrzenią.

Warunki dla jednoczesnego zasilania i transmisji danych zostały określone w stosownych normach IEEE jako klasy mocy. Ponieważ klasy 1-9 są już przypisane do technologii Power over Ethernet (PoE), numery dla PoDL zaczynają się od 10.

Rodzaje złączy SPE

Złącza wykorzystywane w ramach Ethernetu jednoprzewodowego zostały zdefiniowane w normach serii IEC 63171-X. Budowa części współpracujących oraz wymagania mechaniczne dotyczące elementów połączeniowych zostały opisane w normach podporządkowanych. Złącza wtykowe SPE firmy Weidmüller stanowią przykłady wariacji IEC 63171-2 dla środowiska IP20 i IEC 63171-5 dla środowiska IP67.

Dzięki wytrzymałemu mechanizmowi blokującemu, podobnemu do stosowanego w złączu RJ45, sile co najmniej 50 N potrzebnej do rozdzielenia złącza oraz wytrzymałości dielektrycznej o klasie przemysłowej wynoszącej 2,25 kVDC – nowe złącza wtykowe SPE są idealne do zastosowań przemysłowych. Wysoka gęstość upakowania oznacza, że w porównaniu do złączy RJ45 w środowisku IP20 możliwe jest zaoszczędzenie do 50% przestrzeni. Ponadto, złącza wtykowe SPE mogą być szybko i łatwo montowane na obiekcie i mogą być podłączane na przewodach z zakresu AWG 26-22. Oba rodzaje złączy, tj. dla IP20 i IP67, są wzajemnie kompatybilne. Jest to szczególnie korzystne w przypadku obszaru technologii pomiarów obiektowych, gdzie użytkownicy mogą łatwo łączyć urządzenia z interfejsami IP67 używając złącza pomiarowego IP20 i odwrotnie. Oferujemy także wersję czterokomorową w uzupełnieniu do złączy pojedynczych. Pozwala ona na okablowanie czterech systemów SPE z użyciem jednego interfejsu i zapewnia kompaktowość: obudowa jest mniejsza niż konwencjonalna obudowa RJ45. Firma Weidmüller pracuje także nad dodatkowymi rozwiązaniami tworzącymi infrastrukturę dla technologii SPE.

 

Przekrój oferty złączy i przewodów SPE od Weidmuller

SPE System Alliance – łączenie doświadczenia i eksperckiej wiedzy

Dla promowania rozwoju Ethernetu jednoparowego w zastosowaniach przemysłowych wiele firm specjalizujących się w technologii złączy wtykowych, systemów łączności i technologii automatyki, jak również producenci czujników, kabli, urządzeń pomiarowych i układów scalonych, zebrało się, aby opracować międzynarodowe normy dla tej technologii. Firma Weidmüller od samego początku brała udział w tej inicjatywie, której celem jest stworzenie jak najszerszej podstawy dla stosowania Ethernetu jednoparowego i jednolitej infrastruktury dla urządzeń, złączy wtykowych, kabli i technologii pomiarowej.

Weidmüller
tel. 22 510 09 40
www.weidmuller.pl/spe