Single Pair Ethernet

Single Pair Ethernet Gennemgående enhedskommunikation fra sensor til Cloud

Single Pair Ethernet (SPE) gør det muligt at overføre Ethernet via kun ét ledningspar og sikrer dermed en omkostningseffektiv og pladsbesparende tilslutning af sensorer. Kontinuerlig PI-baseret kommunikation ned til fieldniveau bliver mulig. Ud over dataoverførsel muliggør Single Pair Ethernet-teknologien samtidig strømforsyning af brugerenheder via PoDL – Power over Data Line.

Single Pair Ethernet opfylder kravene til en ensartet netværksinfrastruktur, som er grundlaget for Industrie 4.0 og Industrial Internet of Things (IIoT).

Hvad menes der med Single Pair Ethernet?

Det klassiske Ethernet, som allerede forbinder alle de øverste niveauer i automatiseringspyramiden, er ofte uegnet til at forbinde det laveste fieldniveau. Installationen er ofte for kompliceret, eller de maksimale afstande er ikke tilstrækkelige. SPE-teknologien udvider den klassiske Ethernet-profil på dette punkt afgørende i forhold til ydeevneprofilen.

Single Pair Ethernet er en anden form for Physical Layer. Hvor det tidligere var nødvendigt med to dobbeltledere til overførsel af Fast Ethernet (100 Mbit/s) eller fire dobbeltledere til Gbit-Ethernet, giver Single Pair Ethernet mulighed for dataoverførsel via kun ét lederpar (single pair). Dette giver nye muligheder for at forbinde kompakte enheder, sensorer og aktuatorer direkte fra fieldniveauet. Der er ikke længere behov for yderligere undersystemer eller gateways til implementering. SPE er derfor det lette og materialebesparende Ethernet-fremskridt inden for mange nuværende og fremtidige anvendelsesområder.

Mand med en tablet under IP-baseret kommunikation

Kontinuerlig IP-baseret kommunikation fra fieldniveau til Cloud

Fremtidssikret netværksinfrastruktur takket være Ethernet-baseret kommunikation

I direkte sammenligning med eksisterende løsninger giver Ethernet med TCP/IP og Time-Sensitive Networking (TSN) mulighed for realtidskompatibel dataoverførsel med betydeligt højere dataoverførselshastigheder. Med Single Pair Ethernet er dette også muligt med data fra fieldniveau. Den moderne overførselsteknologi muliggør plads- og omkostningsbesparende Ethernet-kommunikation fra sensor til Cloud. Takket være den universelle kompatibilitet gennem definerede standarder for overførselsprotokoller, kabler og enhedskomponenter er det muligt at anvende SPE i stor skala i forskellige applikationer.

Dataoverførsel via kun én dobbeltleder gør det muligt at fortsætte brugen af eksisterende 2-leder-kabelinfrastrukturer (Cable Sharing). Dette er særligt skånsomt mht. materialer, reducerer fortrådningsarbejdet og er let at integrere. Teknologien kan anvendes i applikationer med rækkevidder på op til 1.000 m, høje datahastigheder på op til 10 Gbit/s samt en effekt på op til 50 W. Et SPE-netværk kan implementeres som en stjerne- eller linjetopologi. Teknologien opfylder kravene til en fremtidssikret netværksinfrastruktur.

Funktioner ved Single Pair Ethernet-teknologien

Single Pair Ethernet-standarder

Forskellige standarder og normer regulerer alt omkring SPE-teknologien, både vedr. Ethernet-grænseflader, kabling og dataoverførsel. SPE-standarderne er definerede i IEEE 802.3. Denne standard beskriver de tekniske rammer for Ethernet-baseret dataoverførsel via ét ledningspar. De er forskellige mht. overførselshastigheder og afstande. IEC 63171 beskriver de kompatible tilslutningsstik til disse SPE-standarder.

Phoenix Contact tilbyder IP20-stik i henhold til IEC 63171-2 samt IP67-stik i M8- og M12-udførelse i henhold til IEC 63171-5. Desuden er SPE-M12-hybridstik i henhold til IEC 63171-7 under udvikling. SPE-kablerne defineres efter standarden IEC 61156-1x. Det er muligt også at anvende eksisterende kabelinfrastrukturer, hvis de opfylder kravene.

SPE-standarder

Overførselsstrækninger

Single Pair Ethernet har sin oprindelse i automobilindustrien. Målet er at skabe en effektiv og ensartet infrastruktur, der kan levere høj ydeevne med så lidt kabling som muligt. Tilsvarende krav gælder for applikationer i andre industrier. De 100 m som den maksimale forbindelseslængde for klassisk Ethernet er imidlertid ikke tilstrækkelige for mange applikationer. SPE-standarden 10BASE-T1L i henhold til IEEE 802.3cg giver mulighed for en betydeligt længere overførselsafstand. Denne standard definerer datakabling med kun ét ledningspar og en overførselsafstand på op til 1.000 m.

Med en overførselslængde på 1.000 m når overførselshastighederne op på 10 Mbit/s eller 1 Gbit/s med en overførselslængde på 40 m. Disse overførselshastigheder er tilstrækkelige selv for krævende sensorkomponenter fra fieldniveauet. SPE-grænseflader kan således anvendes universelt til industrielle applikationer.

PoDL – Power over Data Line

Takket være Power over Data Line (PoDL) forsynes sensorer eller fieldkomponenter også med strøm på samme tid

PoDL – Power over Data Line

Ud over dataoverførsel via Ethernet muliggør SPE-teknologien samtidig strømforsyning af brugerenhederne. Ved hjælp af Power over Data Line (PoDL) kan der overføres en effekt på op til 50 W.

De forskellige effektklasser er beskrevet i standarden IEEE 802.3bu og IEEE 802.3cg. Med denne teknologi er det muligt at forsyne en sensor eller aktuator med strøm op til 1.000 m væk via det kabel, der bruges til dataoverførsel. Installationsarbejdet og pladskravene til fieldkabling er minimeret.

PoDL-effektklasser

Tabel med oversigt over PoDL-effektklasser
Forespørg på rådgivning
SPE Evaluation Kit tilgængelig nu
Udfør Ethernet-baserede Multidrop-anvendelser iht. IEEE 802.3cg-standarden. Test-boardet har én USB- og to SPE-grænseflader. Det understøtter den bustopologi, som er defineret i 10BASE-T1S-standarden. Kommunikationen foregår med dataoverførselshastigheder på op til 10 Mbit/s og med op til 50 deltagere – med en længde på 25 m. Vi rådgiver dig gerne om det.
Forespørg om rådgivning nu
Evaluation Kit til Single Pair Ethernet

Anvendelser til Single Pair Ethernet SPE er ideel til forskellige applikationer inden for Industrie 4.0, bygnings-, fabriks- og procesautomatisering. SPE-teknologien kan nemt integreres i en eksisterende Ethernet-infrastruktur, uanset hvilket miljø den anvendes i. Med udviklingen henimod ressourceeffektive enheder i stadig mindre udgaver giver Single Pair Ethernet dig mulighed for at få plads til din elektronik med sine pladsbesparende ledninger.

Automobilindustri
Mand foran en skærm i fremstillingsindustrien
Procesindustri
Bygninger med bygningsautomation udefra
Automobilindustri

Den pladsbesparende teknologi er ideelt egnet til applikationer i automobilindustrien. Med en overførselshastighed fra 10 Mbit/s til 1 Gbit/s via kun ét snoet ledningspar og en maksimal kabellængde på 15 m (uskærmet) eller 40 m (skærmet) er designet ideelt til brug i kabelstiger i køretøjer. Desuden er der en række nye SPE-standarder under udvikling, som skulle muliggøre dataoverførselshastigheder på op til 10 Gbit/s og endda mere end det. I nye generationer af biler erstatter SPE derfor CAN, MOST, FlexRay og andre bussystemer. Sikkerhedsfunktioner, styring og kommunikation foregår ensartet via Ethernet. Dette er en væsentlig forudsætning for netforbundet eller autonom kørsel.

Mand foran en skærm i fremstillingsindustrien

Inden for alle produktionsområder spiller integrering af sensorer en central rolle. SPE integrerer sensorer, aktuatorer eller feltkomponenter pålideligt i et eksisterende Ethernet-miljø. Det betyder, at nødvendige data og procesinformationer kan overføres direkte til kontrolniveauet eller til en Cloud med henblik på analyse. I modsætning til fieldbusprotokoller bruges Ethernet på alle automatiseringsniveauer. Der er ikke behov for yderligere gateways eller grænseflader. At der kun er ét ledningspar forenkler også kablingen af sensorer direkte i maskiner eller anlæg. Opbygning, drift og vedligeholdelse af anlæg bliver mere effektiv og omkostningsbesparende.

Procesindustri

Den direkte tilslutning af feltkomponenter og sensorer i ex-zoner med 2-leder Ethernet-tilslutning muliggør Ethernet-APL. Advanced Physical Layer (APL) bruger 10BASE-T1L-standarden fra IEEE 802.3cg sammen med IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE)-standard (2-WISE står for 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) og understøtter metoder til beskyttelse mod eksplosioner inkl. egensikkerhed. Anvendelse i eksplosionsfarlige områder og brokobling over store afstande på op til 1.000 m med 10 Mbit/s bliver mulig. Den nye kommunikationsinfrastruktur sikrer universel anvendelse af Ethernet i procesindustrien.

Mere om Ethernet-APL
Bygninger med bygningsautomation udefra

Netværksbaserede bygninger sikrer høj effektivitet, større sikkerhed og ekstra komfortfunktioner. Ved hjælp af en universel IP-protokol kan f.eks. sensorer, kontakter eller termostater tilsluttes til bygningsmanagementsystemet via det lokale datanetværk og Cloud. Den kontinuerlige SPE-kabling erstatter eksisterende fieldbussystemer, komplekse grænseflader eller gateways. Der er også mulighed for at genbruge eksisterende 2-leder-infrastrukturer som f.eks. netværkskabler. Installation og idriftsættelse forenkles derved væsentligt.

Mere om bygningsautomation

Vores produkter

SPE-tilslutningsstik i M8, M12, M12 Hybrid og IP 20

SPE-tilslutningsstik

Kompakte apparatstik og ledningsforbindere i serien ONEPAIR til Single Pair Ethernet egner sig ideelt til en effektiv dataoverførsel inden for fabriks- og procesautomatisering samt til kabling i bygninger.

Til industrielle anvendelser, også i barske omgivelser, er stikudformninger i M8- og M12-konstruktioner iht. IEC 63171-5 slået igennem. Til bygningskabling er IP20-stikudformningen iht. IEC 63171-2 førende. Denne pin-belægning er den mest kompakte i hele standardserien og muliggør en fordobling af pakningstætheden i forhold til den traditionelle RJ45-grænseflade. Den reducerede kabling er grundlaget for fremtidssikret Ethernet-kommunikation.

SPE-printklemmer scorer point i Industrie 4.0- og IIoT-applikationer

SPE-printklemmer

Single Pair Ethernet er en effektiv teknologi til Industrie 4.0- og IIoT-applikationer. Printklemmerne i COMBICON-serien scorer her point takket være deres tydelige farvekodning og intuitive håndtering.

Managed SPE-switch

Managed SPE-switches

Managed SPE-switches giver for første gang mulighed for at tilslutte moderne sensorer og feltkomponenter med SPE-grænseflade direkte til Ethernet-netværket. De er således grundlaget for en intelligent SPE-løsning, hvor sensordata fra fieldniveau integreres i Cloud og på internettet.

Takket være SPE-standarden 10 BASE-T1L tillader en Managed switch endda lange afstande på op til 1.000 m. Sensorerne forsynes også optimalt med strøm via Power over Data Line (PoDL).

SPE-rådgivningsteamet fra Phoenix Contact: Tim Kindermann, Verena Neuhaus og Guadalupe Chalas

Vores rådgivningsteams tilbud vedr. Single Pair Ethernet

Phoenix Contact har den viden og det produktprogram, der skal til for at bruge Single Pair Ethernet i forskellige brancher og områder. Find ud af, hvordan vores SPE-eksperter Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas og Tim Kindermann kan arbejde sammen med dig om at udvikle individuelle løsninger til Single Pair Ethernet, digitaliseringens nøgleteknologi.

Din nøglepartner til smart sammenkobling

Phoenix Contact er din nøglepartner, når det gælder integrering af Single Pair Ethernet. Fra enhedens grænseflade og kabling til den aktive netværkskomponent, fra sensorer i felten til PC'en på kontoret. Som pioner inden for digitalisering udvikler Phoenix Contact et konsistent produktprogram til dette formål.

Logo for Single Pair Ethernet System Alliance, en sammenslutning af førende teknologivirksomheder

Single Pair Ethernet System Alliance

Phoenix Contact har slået sig sammen med andre førende teknologivirksomheder i SPE System Alliance. Partner-virksomhederne samler deres knowhow om Single Pair Ethernet og udveksler målrettet informationer. De går efter det samme mål, nemlig at fremme SPE-teknologien til Industrial Internet of Things (IIoT) og alle andre anvendelsesområder.

Spørgsmål og svar om Single Pair Ethernet

M8- og IP20-tilslutningsstik til Single Pair Ethernet
Topologi og fabriksautomation med Single Pair Ethernet
SPE-standarder og deres egenskaber
Single Pair Ethernet brugt i et Embedded System
Kabelinfrastruktur til SPE
M8- og IP20-tilslutningsstik til Single Pair Ethernet

Den Ethernet-teknologi, der er tilgængelig i dag, leverer op til 10 Gbit/s overførselshastighed til din applikation over et enkelt lederpar.

Topologi og fabriksautomation med Single Pair Ethernet

Med en SPE-infrastruktur reducerer du datakabling, undgår medieforstyrrelser fra felten til cloud'en samt apparatudfald. Du kan oprette netværk med en kontinuerlig Ethernet-baseret struktur, så gateways kan udelades. Derudover er kabling med SPE lettere og mere tidsbesparende, da der kun skal tilsluttes to ledninger. 10Base-T1L-standard muliggør Ethernet-kabling med rækkevidder på op til 1000 m.

SPE-standarder og deres egenskaber

SPE-standarderne er definerede i IEEE 802.3. Der er for tiden fem forskellige standarder med forskellige overførselshastigheder og afstande, som allerede er vedtaget. Andre standarder er under behandling.

Single Pair Ethernet brugt i et Embedded System

Ja, over PoDL-standarden (Power over Data Line) kan der overføres en effekt på op til 50 W. De forskellige effektklasser er beskrevet i standarden IEEE 802.3bu og IEEE 802.3cg.

Kabelinfrastruktur til SPE

Det er muligt, at du kan benytte eksisterende kabelinfrastrukturer til SPE, hvis de opfylder funktionskravene. SPE-kabler defineres efter standarden IEC 61156-1x.

Flere nye kommunikationsteknologier Gennemgående kommunikation helt ud i felten

I mange udvalg og standardiseringsprojekter opstår der i øjeblikket nye kommunikationsstandarder som OPC UA, TSN, SPE og 5G. Disse nye teknologier skal ikke ses som uafhængige af hinanden, men udgør som et samlet hele fremtiden for kommunikation.
Som teknologisk førende med mere end 30 års erfaring inden for industriel kommunikationsteknologi er Phoenix Contact involveret i alle vigtige standardiseringsudvalg. Her er vi beskæftigede med at udforme den nye, producentuafhængige kommunikationsstandard til automatisering.

På vores sider kan du få mere at vide om de nye standarder.