Single Pair Ethernet

Single Pair Ethernet Comunicación continua de los equipos desde el sensor hasta la nube

Single Pair Ethernet (SPE) permite la transmisión de Ethernet a través de un solo par de hilos y garantiza así la conexión de sensores de forma rentable y con ahorro de espacio. Permite una comunicación continua basada en IP hasta el nivel de campo. Además de la transmisión de datos, la tecnología Single Pair Ethernet también se utiliza al mismo tiempo como fuente de alimentación de los equipos terminales a través de PoDL (Power over Data Line).

Single Pair Ethernet cumple los requisitos de una infraestructura de red uniforme, que es la base de la Industria 4.0 y del Internet industrial de las cosas (IIoT).

¿Qué se entiende por Single Pair Ethernet?

El Ethernet clásico, que ya conecta todos los niveles superiores de la pirámide de automatización, no suele ser idóneo para conectar el nivel de campo más bajo. La instalación suele ser demasiado compleja o las distancias máximas no son suficientes. La tecnología SPE amplía decisivamente el perfil de potencia del Ethernet clásico en este punto.

Single Pair Ethernet es otra forma de capa física. Donde antes se necesitaban dos cables de dos hilos para la transmisión de Fast Ethernet (100 MBit/s) o cuatro cables de dos hilos para Gigabit Ethernet, Single Pair Ethernet permite la transmisión de datos a través de un solo par de hilos trenzado (Single Pair). Esto ofrece nuevas posibilidades para conectar equipos compactos, sensores y actuadores directamente desde el nivel de campo. Ya no se necesitan subsistemas ni pasarelas de enlace adicionales para su implantación. SPE es, por tanto, el desarrollo Ethernet ligero y que ahorra material en muchas áreas de aplicación actuales y futuras.

Un hombre con una tablet durante una comunicación basada en IP

Comunicación continua basada en IP desde el nivel de campo hasta la nube

Infraestructura de red preparada para el futuro gracias a la comunicación basada en Ethernet

En comparación directa con las soluciones existentes, Ethernet con TCP/IP y Time Sensitive Networking (TSN) permite la transmisión de datos en tiempo real con velocidades de transferencia de datos significativamente superiores. Con Single Pair Ethernet, esto también se puede realizar con los datos procedentes del nivel de campo. La moderna tecnología de transmisión permite una comunicación Ethernet compacta y rentable del sensor a la nube. Gracias a la compatibilidad universal mediante estándares definidos para los protocolos de transmisión, el cableado y los componentes de los equipos, es posible utilizar SPE a gran escala en diversas aplicaciones.

La transmisión de datos solo a través de un cable de dos hilos permite seguir utilizando las infraestructuras de cableado de dos hilos existentes (Cable Sharing). Este método permite aprovechar al máximo los materiales, reduce el esfuerzo de cableado y es fácil de integrar. La tecnología puede utilizarse en aplicaciones con alcances de hasta 1000 metros, altas velocidades de transmisión de datos de hasta 10 GBit/s y potencias de hasta 50 W. Una red SPE puede implementarse como topología en estrella o en línea. La tecnología cumple los requisitos de una infraestructura de red preparada para el futuro.

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Características de la tecnología Single Pair Ethernet

Estándares Single Pair Ethernet

Diferentes estándares y normas regulan todo lo relacionado con la tecnología SPE, desde las interfaces Ethernet hasta el cableado y la transmisión de datos. Los estándares SPE se definen en IEEE 802.3. Este estándar describe el marco técnico para la transmisión de datos basada en Ethernet a través de un par de hilos. Se diferencian por la velocidad de transmisión y las distancias. La norma IEC 63171 describe los conectores compatibles con estos estándares SPE.

Phoenix Contact ofrece conectores macho IP20 según IEC 63171-2, así como conectores IP67 en diseño M8 y M12 según IEC 63171-5. Además, actualmente se están desarrollando conectores híbridos M12 SPE de acuerdo con la norma IEC 63171-7. Los cables SPE se definen en el estándar IEC 61156-1x. También se pueden utilizar las infraestructuras de cableado existentes si cumplen los requisitos.

Estándares SPE

Tramos de transmisión cortos

Los orígenes de Single Pair Ethernet se remontan a la industria automovilística. El objetivo es conseguir una infraestructura eficiente y uniforme que pueda ofrecer un alto rendimiento con el menor cableado posible. Los requisitos son similares a los de las aplicaciones de otras industrias. Sin embargo, los 100 metros como longitud máxima de conexión para el Ethernet clásico no son suficientes en muchas aplicaciones. El estándar SPE 10BASE-T1L según IEEE 802.3cg permite alcanzar una distancia de transmisión significativamente mayor. Este estándar define el cableado de datos con un solo par de hilos y una distancia de transmisión de hasta 1000 metros.

Con una longitud de transmisión de 1000 metros, las velocidades de transmisión alcanzan hasta 10 MBit/s, o bien 1 GBit/s con una longitud de transmisión de 40 metros. Estas velocidades de transmisión bastan incluso para los componentes de los sensores exigentes del nivel de campo. Por tanto, las interfaces SPE pueden utilizarse universalmente en las aplicaciones industriales.

PoDL – Power over Data Line

Gracias a Power over Data Line (PoDL), los sensores o equipos de campo también reciben alimentación de manera simultánea

PoDL – Power over Data Line

Además de la transmisión de datos por Ethernet, la tecnología SPE también se utiliza como fuente de alimentación de los equipos terminales. Con la ayuda de Power over Data Line (PoDL), se puede transmitir una potencia útil de hasta 50 W.

Las distintas clases de potencia se indican en las normas IEEE 802.3bu e IEEE 802.3cg. Con esta tecnología, es posible suministrar energía a un sensor o actuador situado a una distancia de hasta 1000 metros a través del cable utilizado para la transmisión de datos. El esfuerzo de instalación y los requisitos de espacio para el cableado de campo se reducen al mínimo.

Clases de potencia PoDL

Tabla con una visión general de las clases de potencia PoDL
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Realice aplicaciones multipunto basadas en Ethernet según el estándar IEEE 802.3cg. La placa de pruebas tiene una interfaz USB y dos interfaces SPE. Admite la topología de bus definida en el estándar 10BASE-T1S. La comunicación se realiza con velocidades de transmisión de datos de hasta 10 MBit/s y con hasta 50 dispositivos, con una longitud de 25 metros. Estaremos encantados de asesorarle al respecto.
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Aplicaciones para Single Pair Ethernet SPE es ideal para diversas aplicaciones de la Industria 4.0 y la automatización de edificios, fábricas y procesos. La tecnología SPE puede integrarse fácilmente en una infraestructura Ethernet existente, independientemente del entorno en el que se utilice. En la tendencia hacia el uso de equipos en miniatura y que protegen los recursos, Single Pair Ethernet le ofrece más espacio para su electrónica gracias a los cables que ahorran espacio.

Industria automovilística
Un hombre delante de una pantalla en la industria manufacturera
Industria de procesos
Edificio con automatización de edificios desde el exterior
Industria automovilística

Esta tecnología, que ahorra espacio, es ideal para aplicaciones en la industria automovilística. Con una transmisión de 10 MBit/s hasta 1 GBit/s a través de un solo par trenzado de hilos y una longitud máxima de cable de 15 metros (sin apantallar) o 40 metros (apantallado), está idealmente diseñado para su uso en los mazos de cables de los vehículos. Además, se está desarrollando una serie de nuevos estándares SPE que deberían permitir alcanzar velocidades de transmisión de datos de hasta 10 GBit/s e incluso superiores. En las nuevas generaciones de automóviles, SPE sustituye a CAN, MOST, FlexRay y otros sistemas de bus. Las funciones de seguridad, el sistema de control y las comunicaciones se ejecutan uniformemente a través de Ethernet. Se trata de un requisito previo fundamental para la conducción conectada o autónoma.

Un hombre delante de una pantalla en la industria manufacturera

En todas las áreas de fabricación, la integración de sensores desempeña un papel fundamental. SPE integra de forma fiable sensores, actuadores o equipos de campo en un entorno Ethernet existente. Esto significa que los datos necesarios y la información del proceso pueden transmitirse directamente al nivel del sistema de control o a una nube para su análisis. A diferencia de los protocolos de bus de campo, Ethernet penetra en todos los niveles de automatización. Las pasarelas de enlace o las interfaces adicionales se suprimen. La reducción a un solo par de hilos también simplifica el cableado de los sensores directamente en máquinas o instalaciones. El diseño, el funcionamiento y el mantenimiento de las instalaciones resultan más eficientes y rentables.

Industria de procesos

La conexión Ethernet de dos hilos directa de equipos de campo y sensores en las zonas Ex de las aplicaciones de ingeniería de procesos hace posible el Ethernet-APL. Advanced Physical Layer (APL) emplea el estándar 10BASE-T1-L de IEEE 802.3cg junto con el estándar IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) y respalda los métodos de la protección contra explosión, incluida la seguridad intrínseca. Se permite el uso en zonas Ex y el puenteo de grandes distancias de hasta 1000 metros con 10 MBit/s. La nueva infraestructura de comunicación permite así un empleo universal de Ethernet en la industria de procesos.

Más información sobre Ethernet-APL
Edificio con automatización de edificios desde el exterior

Los edificios interconectados garantizan una alta eficiencia, más seguridad y cómodas funciones adicionales. Mediante un protocolo IP universal, los sensores, interruptores o termostatos, por ejemplo, pueden conectarse al sistema de gestión de edificios a través de la red de datos local y la nube. El cableado SPE continuo sustituye a los sistemas de bus de campo existentes, las interfaces complejas o las pasarelas de enlace. También existe la posibilidad de reutilizar infraestructuras de cableado de dos hilos ya existentes, como los cables de red. La instalación y la puesta en servicio se simplifican considerablemente.

Más información sobre la automatización de edificios

Nuestros productos

Conectores SPE en M8, M12, M12 Hybrid e IP 20

Conectores SPE

Los conectores para equipos y cables compactos de la serie ONEPAIR para Ethernet de un par son ideales para una transmisión de datos eficiente en la automatización de fábricas y procesos y el cableado de edificios.

Para aplicaciones industriales, incluso en las condiciones más duras, se han impuesto las caras enchufables según IEC 63171-5 en diseño M8 y M12. En el cableado de edificios, la cara enchufable IP20 según IEC 63171-2 es la más utilizada. Esta cara enchufable es la más compacta de toda la serie de estándares y permite duplicar la densidad de empaquetado en comparación con la interfaz RJ45 convencional. El cableado reducido es la base de una comunicación Ethernet preparada para el futuro.

Las bornas para placa de circuito impreso SPE destacan en aplicaciones de la Industria 4.0 y aplicaciones IIoT

Bornas para placa de circuito impreso SPE

Single Pair Ethernet ofrece una potente tecnología para la realización de aplicaciones de la industria 4.0 y aplicaciones IIoT. Las bornas para placa de circuito impreso del programa COMBICON destacan por su clara codificación por colores y un manejo intuitivo.

Switch SPE gestionado

Switches SPE gestionados

Los switches SPE gestionados ofrecen por primera vez la posibilidad de conectar sensores y equipos de campo modernos con interfaz SPE directamente a la red Ethernet. Son, por tanto, la base de una solución SPE inteligente en la que los datos de los sensores del nivel de campo se integran en la nube e Internet.

Gracias al estándar SPE 10 BASE-T1L, el switch gestionado permite alcanzar incluso largas distancias de hasta 1000 metros. Además, los sensores se alimentan de forma óptima mediante Power over Data Line (PoDL).

Equipo de asesoramiento de Phoenix Contact SPE: Tim Kindermann, Verena Neuhaus y Guadalupe Chalas

La oferta de nuestro equipo de asistencia sobre Single Pair Ethernet

Phoenix Contact dispone de los conocimientos y la cartera de productos necesarios para utilizar Single Pair Ethernet en diferentes industrias y áreas. Descubra cómo los expertos en SPE Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas y Tim Kindermann trabajan a su lado para desarrollar soluciones personalizadas para Single Pair Ethernet, la tecnología clave de la digitalización.

Su socio clave para una conexión en red inteligente

Phoenix Contact es el socio clave para la integración de Single Pair Ethernet. Desde la interfaz del equipo, pasando por el cableado hasta el componente de red activo, desde los sensores en el campo hasta el PC en la oficina. Como pionero en el ámbito de la digitalización, Phoenix Contact desarrolla una cartera de productos integral.

Logotipo de la Single Pair Ethernet System Alliance, una alianza de empresas tecnológicas líderes

La Single Pair Ethernet System Alliance

Phoenix Contact se ha unido, junto con otras empresas tecnológicas líderes, a la SPE System Alliance. Las empresas asociadas reúnen sus conocimientos técnicos sobre Single Pair Ethernet e intercambian información para la consecución de objetivos. Persiguen el mismo objetivo, promover la tecnología SPE para el Internet industrial de las cosas (IIoT) y todo el resto de campos de aplicación.

Preguntas y respuestas sobre Single Pair Ethernet

Conectores M8 e IP20 para Single Pair Ethernet
Topología de una automatización industrial con Single Pair Ethernet
Los estándares para Single Pair Ethernet y sus propiedades
Single Pair Ethernet utilizada en un sistema embebido
Infraestructura de cables para SPE
Conectores M8 e IP20 para Single Pair Ethernet

La tecnología Ethernet ya disponible en la actualidad ofrece para su aplicación una velocidad de transmisión de hasta 10 GBit/s a través de solo un par de hilos.

Topología de una automatización industrial con Single Pair Ethernet

Con la infraestructura SPE reducirá el cableado de datos y evitará tanto interrupciones en los medios desde el campo a la nube como fallos en los equipos. Puede crear redes con una estructura continua basada en Ethernet y evitar así las pasarelas de enlace. Además, con SPE podrá realizar el cableado de forma más rápida y sencilla, ya que solo se deben conectar dos hilos. El estándar 10Base-T1L permite un cableado Ethernet con un alcance de hasta 1000 metros.

Los estándares para Single Pair Ethernet y sus propiedades

Los estándares SPE se definen en IEEE 802.3. Actualmente hay cinco estándares diferentes con distintas velocidades de transmisión y distancias que ya han sido adoptados. Se están debatiendo otros estándares.

Single Pair Ethernet utilizada en un sistema embebido

Sí, a través del estándar PoDL (Power over Data Line) se puede transmitir una potencia de hasta 50 W. Las distintas clases de potencia se indican en las normas IEEE 802.3bu e IEEE 802.3cg.

Infraestructura de cables para SPE

Es posible que pueda utilizar las infraestructuras de cableado existentes para SPE si cumplen los requisitos. Los cables SPE se definen en la norma IEC 61156-1x.

Otras nuevas tecnologías de comunicación Comunicación universal hasta el campo

En estos momentos, en muchos gremios y proyectos de estandarización están surgiendo nuevos estándares de comunicación como OPC UA, TSN, SPE y 5G. Estas nuevas tecnologías no se deben abordar de manera independiente, sino que forman juntas la comunicación del futuro.
Como líder tecnológico con más de 30 años de experiencia en el ámbito de la tecnología de comunicación industrial, Phoenix Contact participa en todos los organismos de normalización importantes. En ellos, contribuimos a elaborar para usted el nuevo estándar de comunicación universal para la automatización.

En nuestras páginas obtendrá más información sobre los nuevos estándares.