Single Pair Ethernet -​ Yhtenäinen laitteiden välinen tiedonsiirto anturista pilveen asti

Single Pair Ethernet (SPE) mahdollistaa Ethernet-siirron vain yhden johdinparin kautta ja takaa siten antureiden kustannustehokkaan ja tilaa säästävän liittämisen. Single Pair Ethernet -tekniikka mahdollistaa tiedonsiirron lisäksi myös päätelaitteiden samanaikaisen tehonsyötön PoDL:n (Power over Data Line) välityksellä.​
Ota yhteyttä
Kuvassa SPE technology
  1. Kotisivu
  2. Single Pair Ethernet - Yhtenäinen laitteiden välinen tiedonsiirto anturista pilveen asti

Mitä Single Pair Ethernet tarkoittaa?

Vaikka perinteinen Ethernet yhdistääkin tehokkaasti automaatiopyramidin korkeammat tasot, se ei aina ole optimaalinen ratkaisu alimman tason laitteiden integroimiseen. Sen asentaminen voi olla monimutkaista ja aikaa vievää, ja maksimietäisyydet eivät välttämättä täytä tarpeita. Single Pair Ethernet (SPE) -tekniikka tuo merkittävän parannuksen perinteisen Ethernetin toimintakykyyn juuri näissä tilanteissa, helpottaen asennusta ja mahdollistaen laajemmat etäisyydet.

Single pair Ethernet on toinen fyysisen kerroksen muoto. Kun aiemmin Fast Ethernetin (100 Mb/s) siirtoon tarvittiin kaksi parikaapelia tai Gigabit Ethernetin siirtoon neljä parikaapelia, Single Pair Ethernet mahdollistaa tiedonsiirron vain yhdellä kierretyllä johdinparilla jopa 1 Gb/s tai 1000 metriä 10 Mb/s nopeudella. Tämä antaa uusia mahdollisuuksia kytkeä kompakteja laitteita, antureita ja toimilaitteita suoraan kenttätasolta. Tämän toteuttamiseen ei enää tarvita muita alijärjestelmiä tai yhdyskäytäviä. SPE on näin ollen kevyt ja materiaalia säästävä Ethernetin edistysaskel monilla nykyisillä ja tulevilla sovellusalueilla.

Mies tabletin kanssa käyttämässä IP-pohjaista tiedonsiirtoa

Yhtenäinen IP-pohjainen tiedonsiirto kenttätasolta pilveen

Tulevaisuusvarma verkkoinfrastruktuuri Ethernet-pohjaisen tiedonsiirron ansiosta

Suoraan nykyisiin ratkaisuihin verrattuna Ethernet mahdollistaa TCP/IP:n ja Time-Sensitive Networkingin (TSN) kanssa reaaliaikaisen tiedonsiirron huomattavasti suuremmilla tiedonsiirtonopeuksilla. Single Pair Ethernetin avulla tämä on mahdollista myös kenttätason tietojen osalta. Nykyaikainen siirtotekniikka mahdollistaa tila- ja kustannustehokkaan Ethernet-tiedonsiirron anturista pilveen. Siirtoprotokollia, kaapelointia ja laitekomponentteja koskevien standardien avulla saavutetun yhtenäisen yhteensopivuuden ansiosta SPE:n laajamittainen käyttö on mahdollista eri sovelluksissa.

Tiedonsiirto vain yhden parikaapelin kautta mahdollistaa nykyisten kaksijohtimisten kaapeli-infrastruktuurien jatkuvan käytön (Cable Sharing). Tämä säästää materiaalia, vähentää kaapelointityötä ja on helppo integroida. Tekniikkaa voidaan käyttää eri sovelluksissa, joiden kantama on jopa 1 000 metriä, tiedonsiirtonopeus jopa 10 Gb/s ja teho jopa 50 W. SPE-verkko voidaan toteuttaa tähti- tai linjatopologiana. Tekniikka täyttää tulevaisuuden verkkoinfrastruktuurin vaatimukset.

Maksuton webinaari
Webinaari: Tietoa Single Pair Ethernetistä kompaktissa muodossa
Kaikki mitä sinun tarvitsee tietää Single Pair Ethernetistä: Verena Neuhaus ja Tim Kindermann, SPE-asiantuntijat Phoenix Contactilta, esittelevät webinaarissa tekniikkaa ja keskustelevat teollisen viestinnän suuntauksista. He myös näyttävät, miten voit käyttää SPE-tuotteita kannattavasti sovelluksissasi.
Katso webinaari
Webinaari Single Pair Ethernetistä Verena Neuhausin ja Tim Kindermannin kanssa, SPE-asiantuntijat Phoenix Contactilta

Single Pair Ethernet -teknologian edut

  • Tulevaisuuden vaatimusten mukaiset pistoliittimet ja kaapelit ovat standardien IEC 63171-2 (IP20), IEC 63171-5 (IP67) ja IEC 63171-7 mukaisia.
  • Joustava eri sovellusten välillä: kantamat 1 000 m, tiedonsiirtonopeudet 1 Gb/s ja tehot 50 W asti ja enemmän.
  • Tehokas kaapelointi: Plug & Play myös olemassa olevissa kaapelointi-infrastruktuureissa.
  • Kompakti: suuri liitäntätiheys piirikortilla ja siten pienemmät laiterakenteet miniatyrisoitujen pistoliittimien ansiosta
  • Helppo integroida: pistoke- ja pistukkaversiot vakiintuneisiin induktiivisiin antureihin ja irtoliitäntöihin.

Tärkeimmät ominaisuudet lyhyesti

Tarjoamme sinulle oikeat SPE-pistoliittimet sovellukseesi. Hyödynnä liitäntätekniikkamme monipuolisuutta Teollisuus 4.0 -sovelluksessasi. Single Pair Ethernet mahdollistaa rinnakkain erittäin suorituskykyisen datan- ja tehonsiirron yhdellä Ethernet-johdinparilla anturista pilveen saakka – Power over Data Linen (PoDL), Time Sensitive Networkingin (TSN) ja OPC Unified Architecturen (OPC UA) avulla.

Pistoliittimet Single Pair Ethernetiä varten

IEC-standardi IEC 63171-2 (IP20); IEC 63171-5 (IP67); IEC 63171-7
Kantama 1 000 m saakka
Siirtonopeus 1 Gb/s saakka
Teho jopa 50 W ja suurempi
Pistokkeet single-porteille sekä IP20-, M8-, M12- ja M12-hybridiporteille
Kaapelointi Plug & Play
Kotelointiluokka IP20; IP67

Single Pair Ethernet -standardit

Erilaiset standardit ja normit säätelevät kaikkea SPE-tekniikkaan liittyvää Ethernet-liitännöistä kaapelointiin ja tiedonsiirtoon. SPE-standardit on määritetty standardissa IEEE 802.3. Tässä standardissa kuvataan tekniset reunaehdot Ethernet-pohjaiselle tiedonsiirrolle johdinparin välityksellä. Ne eroavat toisistaan siirtonopeuksien ja etäisyyksien suhteen. Standardissa IEC 63171 kuvataan näiden SPE-standardien kanssa yhteensopivat pistoliittimet.

Phoenix Contact tarjoaa IEC 63171-2 -standardin mukaisia IP20-pistokkeita sekä IEC 63171-5 -standardin mukaisia, M8- ja M12-rakenteisia IP67-pistokkeita. Lisäksi kehitteillä on standardin IEC 63171-7 mukaisia SPE-M12-hybridipistoliittimiä. SPE-kaapelit määritetään standardissa IEC 61156-1x. Myös olemassa olevia kaapeli-infrastruktuureja voidaan käyttää, jos ne täyttävät vaatimukset.

SPE-standardit

Siirtomatkat

Single Pair Ethernetin juuret ovat autoteollisuudessa. Tavoitteena on toteuttaa tehokas ja yhtenäinen infrastruktuuri, joka tarjoaa korkean suorituskyvyn mahdollisimman vähäisellä kaapeloinnilla. Samanlaiset vaatimukset koskevat myös muiden teollisuudenalojen sovelluksia. Perinteisen Ethernetin enimmäisliitäntäpituudeksi asetettu 100 metriä ei kuitenkaan ole riittävä moniin sovelluksiin. IEEE 802.3cg:n mukainen SPE-standardi 10BASE-T1L mahdollistaa huomattavasti pidemmän siirtoetäisyyden. Tässä standardissa määritellään datakaapelointi, jossa on vain yksi johdinpari ja jonka siirtoetäisyys on enintään 1 000 metriä.

Kun siirtomatka on 1 000 metriä, siirtonopeus on jopa 10 Mb/s, tai 1 Gb/s, kun siirtomatka on 40 metriä. Nämä siirtonopeudet ovat riittäviä jopa vaativille kenttätason anturikomponenteille. Näin ollen SPE-liitäntöjä voidaan käyttää yleisesti teollisissa sovelluksissa.

PoDL – Power over Data Line

Power over Data Line (PoDL) -tekniikan ansiosta antureihin tai kenttälaitteisiin syötetään samanaikaisesti myös virtaa

PoDL – Power over Data Line

Ethernetin kautta tapahtuvan tiedonsiirron lisäksi SPE-tekniikka mahdollistaa myös päätelaitteiden samanaikaisen tehonsyötön. Power over Data Line (PoDL) -tekniikan avulla voidaan lähettää jopa 50 W:n hyötytehoa.

Eri teholuokat on kuvattu standardeissa IEEE 802.3bu ja IEE 802.3.cg. Tämän tekniikan avulla voidaan syöttää virtaa jopa 1 000 metrin päässä sijaitsevaan anturiin tai toimilaitteeseen tiedonsiirtoon käytettävän kaapelin kautta. Kenttäkaapeloinnin asennustyö ja tilantarve vähenevät minimiin.

PoDL-teholuokat

Taulukko, jossa on yleiskatsaus PoDL-teholuokista

Single Pair Ethernet -sovellukset Single Pair Ethernet (SPE) on ihanteellinen valinta monenlaisiin Teollisuus 4.0 sovelluksiin, mukaan lukien rakennusautomaatio, tehdasautomaatio ja prosessiautomaatio. Tämä teknologia sulautuu saumattomasti nykyiseen Ethernet-verkkoinfrastruktuuriin, ja se on suunniteltu toimimaan tehokkaasti erilaisissa käyttöympäristöissä. Resurssia säästävien ja pienikokoisten laitteiden trendin osalta Single Pair Ethernet tarjoaa enemmän tilaa elektroniikallesi tilaa säästävien kaapeleiden ansiosta.

Automotive production body shop
Digital Factory, Monitoring
Digital process plant
Building 4 Bad Pyrmont exterior view Blueline
Automotive production body shop

Tilaa säästävä tekniikka soveltuu erinomaisesti autoteollisuuden sovelluksiin. Siirtonopeus on 10 Mb/s – 1 Gb/s vain yhdellä kierretyllä johdinparilla, ja kaapelin enimmäispituus on 15 metriä (suojaamaton) tai 40 metriä (suojattu), joten se on suunniteltu ihanteellisesti käytettäväksi ajoneuvojen kaapelisarjoissa. Lisäksi kehitteillä on useita uusia SPE-standardeja, joiden pitäisi mahdollistaa tiedonsiirtonopeudet 10 Gb/s asti ja jopa enemmän. Uusissa autosukupolvissa SPE korvaa siis CAN-, MOST-, FlexRay- ja muut väyläjärjestelmät. Turvatoiminnot, ohjaus ja viestintä toimivat yhtenäisesti Ethernetin kautta. Tämä on olennainen edellytys verkotetulle tai autonomiselle ajamiselle.

Digital Factory, Monitoring

Kaikilla tuotantoaloilla antureiden integrointi on avainasemassa. SPE integroi luotettavasti anturit, toimilaitteet tai kenttälaitteet olemassa olevaan Ethernet-ympäristöön. Tämä tarkoittaa, että tarvittavat tiedot ja prosessitiedot voidaan siirtää suoraan ohjaustasolle tai pilveen analysoitavaksi. Toisin kuin kenttäväyläprotokollat, Ethernet läpäisee kaikki automaation tasot. Ylimääräiset yhdyskäytävät tai liitännät jäävät pois. Vähentäminen vain yhteen johdinpariin yksinkertaistaa myös antureiden kaapelointia suoraan koneisiin tai järjestelmiin. Järjestelmien rakentaminen, käyttö ja ylläpito tehostuvat ja tulevat kustannustehokkaammiksi.

Digital process plant

Ethernet APL mahdollistaa suoran kaksijohtimisen Ethernet-yhteyden kenttälaitteille ja antureille prosessisovellusten ex-alueilla. Advanced Physical Layer (APL) käyttää IEEE 802.3cg:n 10BASE-T1-L-standardia yhdessä IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) standardin kanssa (2-WISE = 2-johtiminen sisäisesti turvallinen Ethernet), ja tukee räjähdyssuojamenetelmiä, mukaan lukien sisäinen turvallisuus. Käyttö mahdollisesti räjähdysvaarallisilla alueilla on mahdollista, samoin kuin suurten etäisyyksien, jopa 1000 metrin liittäminen 10 Mbps nopeudella. Uusi viestintäinfrastruktuuri varmistaa johdonmukaisen Ethernet-käytön prosessiteollisuudessa.

Building 4 Bad Pyrmont exterior view Blueline

Verkotetut rakennukset takaavat erinomaisen tehokkuuden, paremman turvallisuuden ja lisämukavuuden. Käyttämällä yhtenäistä IP-protokollaa esimerkiksi anturit, kytkimet tai termostaatit voidaan liittää rakennuksenhallintajärjestelmään paikallisen tietoverkon ja pilven kautta. Yhtenäinen SPE-kaapelointi korvaa nykyiset kenttäväyläjärjestelmät, monimutkaiset liitännät tai yhdyskäytävät. On myös mahdollista käyttää uudelleen olemassa olevia kaksijohtimisia kaapeli-infrastruktuureja, kuten verkkojohtoja. Asennus ja käyttöönotto helpottuvat merkittävästi.

Kysymyksiä ja vastauksia Single Pair Ethernetistä

M8- ja IP20-pistoliittimet Single Pair Ethernetiä varten
Single Pair Ethernetillä varustetun tehdasautomaation topologia
SPE-standardit ja niiden ominaisuudet
Sulautetussa järjestelmässä käytettävä Single Pair Ethernet
Kaapeli-infrastruktuuri SPE:lle
M8- ja IP20-pistoliittimet Single Pair Ethernetiä varten

Nyt jo käytössä oleva Ethernet-tekniikka tarjoaa sovellukseesi jopa 10 Gbps tiedonsiirtonopeuden vain yhden johdinparin kautta.

Single Pair Ethernetillä varustetun tehdasautomaation topologia

SPE-infrastruktuurilla voidaan vähentää datakaapelointia, välttää mediakatkoksia kentältä pilveen sekä laitteiden vikaantumista. Voit rakentaa verkkoja, joilla on yhtenäinen Ethernet-pohjainen rakenne, jolloin voidaan luopua yhdyskäytävistä. Lisäksi SPE:n avulla kaapelointi on helppoa ja säästää aikaa, sillä liitettäviä johtimia on vain kaksi. 10Base-T1L -standardi mahdollistaa Ethernet-kaapeloinnin jopa 1 000 metrin etäisyyksillä.

SPE-standardit ja niiden ominaisuudet

SPE-standardit on määritetty standardissa IEEE 802.3. Nykyään on olemassa viisi erilaista standardia, joissa määritetään eri siirtonopeudet ja etäisyydet, jotka on jo hyväksytty. Muita standardeja on työn alla.

Sulautetussa järjestelmässä käytettävä Single Pair Ethernet

Kyllä, PoDL-standardin (Power over Data Line) kautta voidaan siirtää jopa 50 W:n tehoa. Eri teholuokat on kuvattu standardeissa IEEE 802.3bu ja IEE 802.3.cg.

Kaapeli-infrastruktuuri SPE:lle

Olemassa olevia kaapeli-infrastruktuureja voidaan käyttää SPE:lle, jos ne täyttävät vaatimukset. SPE-kaapelit määritetään standardissa IEC 61156-1x.

Ethernet-APL

Ethernet-APL

Ethernet-APL tarjoaa suoran kaksijohtimisen Ethernet-yhteyden laitteiden ja anturien välille, mikä on erityisen hyödyllistä prosessiteknisissä sovelluksissa räjähdysvaarallisilla alueilla. Tämä uusi tiedonsiirtoinfrastruktuuri mahdollistaa Ethernetin saumattoman ja kattavan käytön koko prosessiteollisuuden alueella, parantaen näin tiedonkulun tehokkuutta ja luotettavuutta. Ethernet-APL:n avulla voidaan toteuttaa tietoliikenne aina kenttätason viimeisille metreille asti, mikä on merkittävä edistysaskel teollisuuden digitalisaatiossa.

Ethernet-APL-kytkimen prototyyppi ja liitetty anturi

Anturien yksinkertaiset Ethernet-liitännät APL-kenttäkytkimien avulla

Mitä Ethernet-APL tarkoittaa?

APL on lyhenne sanoista Advanced Physical Layer ja tarkoittaa fyysisen tiedonsiirron jatkokehittämistä Ethernet-verkoissa. Tämän fyysisen kerroksen (physical layer) ansiosta Ethernet-tietoja voidaan siirtää aiemman neljän tai kahdeksan johtimen sijasta vain kahden johtimen kautta.

Teknologia mahdollistaa pelkän tiedonsiirron lisäksi valinnaisesti myös liitettyjen laitteiden sähkönsyötön saman johdinparin kautta.

Ethernet-APL on siten yksi Single Pair Ethernetin (SPE) ilmenemismuoto ja mahdollistaa anturien liittämisen suoraan, jotta tiedonsiirto voidaan varmistaa aukottomasti aina kenttätason viimeisille metreille asti.

Mikä ero on SPE:llä ja Ethernet-APL:llä?

Single Pair Ethernet -teknologia kattaa useita eri standardeja, jotka tukevat eri tiedonsiirtonopeuksia ja kaapelipituuksia. Siksi se soveltuu käytettäväksi useissa eri sovelluksissa. SPE kattaa 10BASE-T1S-, 10BASE-T1L-, 100BASE-T1- ja 1000BASE-T1-standardit.

Eri Ethernet-standardien tiedonsiirtonopeuksien ja kaapelipituuksien vertailu

Ethernet-APL:n ominaisuudet

APL-teknologian ominaisuudet:

  • Pitkien etäisyyksien silloitus: yhdyskaapelien pituus 1 000 metriin asti ja haarakaapelien 200 metriin asti.
  • Käyttö räjähdysvaarallisilla alueilla (alueet 0, 1 ja 2).
  • Käytettävissä eri valmistajien laitteissa ja järjestelmissä
  • Lukuisten lisätietojen (Big Data) kerääminen ja analysointi – toteutettavissa uusia ratkaisuja, kuten Predictive Maintenance käytettävyyden parantamiseen.
  • Laitteistoja voidaan uudistaa edullisesti olemassa olevien kaapeleiden ja luotettavien Ethernet-protokollien (kuten EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA ja PROFINET) ansiosta.
Ethernet-APL prosessilaitteistoissa

Missä Ethernet-APL:ää käytetään?

Advanced Physical Layer mahdollistaa laitteiden ja antureiden liittämisen suoraan prosessiteknisten sovellusten räjähdysvaarallisilla alueilla. Suoran Ethernet-integraation ansiosta voidaan luopua työläistä yhdyskäytäväratkaisuista, kun tietoihin päästään käsiksi kentältä. Ethernet-APL on siten taloudellinen perusta ja uranuurtaja prosessiautomaation IIoT:lle. Samanaikaisesti se mahdollistaa uudet konseptit, kuten NAMUR Open Architecturen (NOA) tai Open Process Automation Standardin (O-PAS™). Siksi useat eri käyttäjäryhmät voivat hyötyä tästä uudesta teknologiasta:

• Omistaja ja käyttäjä.
• Ohjausjärjestelmien toimittajat.
• EPC:t ja järjestelmäintegraattorit.
• Laitevalmistajat.

APL-verkon rakenne

Ethernet-APL:ää voidaan käyttää niin kompakteissa laitteistoissa (kuten lääke- ja kemianteollisuudessa) kuin prosessiteollisuuden laajoissa laitteistoissa. Pitkillä etäisyyksillä käytetään yhdys- ja haaratopologiaa.

Kentälle asennetut Ethernet-APL-kytkimet on tarkoitettu käytettäviksi räjähdysvaarallisilla alueilla (alueet 1 ja 2 tai ryhmä 2), joten ne täyttävät kaikki korotetun turvallisuuden tai luonnostaan turvallisen suojausluokan mukaiselle räjähdyssuojaukselle asetetut korkeat vaatimukset.

APL-verkon rakenne prosessiteollisuuden laajoille järjestelmille
Virtakytkin
Virtakytkimen avulla Ethernet-APL liitetään kytkentäkaapin ylimpään tasoon. Lisäksi se huolehtii tehonsyötöstä ja tiedonsiirrosta yhteen tai useaan yhdysporttiin. Tätä varten virtakytkimeen syötetään jännitettä ulkoisesti.
Yhdyskaapelit
Yhdyskaapeleilla laitteisiin voidaan syöttää korkeatehoista virtaa, ja kaapelipituus voi olla 1 000 metriä APL-kenttäkytkimien välillä 1-alueella.
Kenttäkytkin
Kenttäkytkimessä on APL-haaraportteja, joihin kenttälaitteet ja -instrumentit liitetään. Kytkimen virransyöttö voidaan toteuttaa Ethernet-APL-kaapelin (yhdyskaapeli) kautta tai ulkoisesti.
Kenttälaitteet
Kenttäkytkimen avulla kenttälaitteisiin voidaan jakaa sekä tiedonsiirtosignaaleja että energiaa haarakaapelien kautta.
Haarakaapelit
Haarakaapelien kautta siirtyvä teho on vähäistä, mutta kaapeleissa on optimaalinen luontainen turvallisuus 200 metrin pituuksiin asti 0-alueella.

Lisäksi verkkotopologia voidaan suunnitella joustavasti kompaktien asettelujen toteuttamiseksi. Tällöin voidaan luopua yhdyskaapeleista, kun APL-kytkimet liittävät APL-haaraportit suoraan tavalliseen Ethernetiin.

Kompaktien järjestelmien APL-verkon rakenne
Kenttäkytkin
Kenttäkytkimessä on APL-haaraportteja, joihin kenttälaitteet ja -instrumentit liitetään. Kytkimen virransyöttö voidaan toteuttaa Ethernet-APL-kaapelin (yhdyskaapeli) kautta tai ulkoisesti.
Haarakaapelit
Haarakaapelien kautta siirtyvä teho on vähäistä, mutta kaapeleissa on optimaalinen luontainen turvallisuus 200 metrin pituuksiin asti 0-alueella.
Kenttälaitteet
Kenttäkytkimen avulla kenttälaitteisiin voidaan jakaa sekä tiedonsiirtosignaaleja että energiaa haarakaapelien kautta.
Ethernet-APL:n logo

Ethernet-APL-projektin logo

Panostuksemme Ethernet-APL:ään

Phoenix Contact työskentelee Ethernet-APL-projektissa yhteistyössä muiden johtavien prosessitekniikan tarjoajien kanssa käyttäjävaatimusten täyttävän kaksijohtimisen Ethernet-ratkaisun toteuttamiseksi. Teollisuuskumppanit laativat tätä varten yhdessä PROFIBUS & PROFINET International-, FieldComm Group-, ODVA- ja OPC Foundation -standardointijärjestöjen kanssa avoimen standardin uuden fyysisen kerroksen pohjalta prosessiautomaatiossa käyttöä varten.

Phoenix Contact on esitellyt Ethernet-APL-kytkimien ensimmäiset toimivat prototyypit NAMUR Hauptsitzung -konferenssissa vuoden 2019 lopussa ja ARC Forumissa helmikuussa 2020. NAMUR Installation ja APL-projektikumppanit ABB, Endress+Hauser, KROHNE ja SAMSON hyödynsivät PROFINET-protokollaa tietojen yhdistämisessä HMI:hin ja pilveen Ethernet-APL-kytkimien ja PLCnext Technologie -teknologian avulla. Yhteys OPC UA:n kautta voitiin esitellä ARC-Forumissa yhdessä ABB:n kanssa.

Ota yhteyttä

Miikka Lukkarinen
Miikka Lukkarinen
Business Area Manager, Device Connectors
+358445314454 Tilaa maksuttomia näytteitä
Kuvassa Pasi Suvanto
Pasi Suvanto
Business Area Manager, Industrial Management and Automation
+358408612089