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.
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. Jatkuvasta IP-pohjaisesta tiedonsiirrosta kenttätasolle asti tulee mahdollista. Single Pair Ethernet -tekniikka mahdollistaa tiedonsiirron lisäksi myös päätelaitteiden samanaikaisen tehonsyötön PoDL:n (Power over Data Line) välityksellä.
Single Pair Ethernet täyttää Teollisuus 4.0:n ja teollisen esineiden internetin (IIoT) perustana olevan yhtenäisen verkkoinfrastruktuurin vaatimukset.
Mitä Single Pair Ethernet tarkoittaa?
Perinteinen Ethernet, joka jo yhdistää kaikki automaatiopyramidin ylemmät tasot, ei useinkaan sovellu alimman kenttätason yhdistämiseen. Asennus on usein liian työläs, tai enimmäisetäisyydet eivät ole riittäviä. SPE-tekniikka laajentaa ratkaisevasti perinteisen Ethernetin suorituskykyprofiilia tässä vaiheessa.
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 (single pair). 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.
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.
Single Pair Ethernet -tekniikan ominaisuudet
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.
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.
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 siirtää jopa 50 W:n hyötytehoa.
Eri teholuokat on kuvattu standardissa IEEE 802.3bu. 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.
Single Pair Ethernet -sovellukset SPE soveltuu erinomaisesti erilaisiin sovelluksiin Teollisuus 4.0:ssa, rakennus-, tehdas- ja prosessiautomaatiossa. SPE-tekniikka voidaan integroida helposti olemassa olevaan Ethernet-infrastruktuuriin riippumatta siitä, missä ympäristössä sitä käytetään. Koska suuntauksena ovat resursseja säästävät ja hyvin pienikokoiset laitteet, Single Pair Ethernetin tilaa säästävät johdotukset jättävät enemmän tilaa elektroniikalle.
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.
Kenttälaitteiden ja antureiden suora kaksijohtiminen Ethernet-liitäntä prosessiteknisten sovellusten räjähdysvaarallisilla alueilla mahdollistaa Ethernet-APL:n. Advanced Physical Layer (APL) käyttää IEEE 802.3cg -standardin mukaista 10BASE-T1-L-standardia yhdessä IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) -standardin (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) kanssa ja tukee räjähdyssuojauksen menetelmiä sekä luontaista turvallisuutta. Käyttö räjähdysvaarallisilla alueilla ja suurten, jopa 1 000 metrin etäisyyksien kattaminen 10 Mb/s nopeudella on mahdollista. Uusi tiedonsiirtoinfrastruktuuri varmistaa Ethernetin yhtenäisen käytön prosessiteollisuudessa.
Verkotetut rakennukset takaavat hyvän 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.
Tuotteemme
SPE-pistoliittimet
Kompaktit ONEPAIR-sarjan laite- ja kaapeliliittimet yksipariselle Ethernetille soveltuvat tehokkaaseen tiedonsiirtoon tehdas- ja prosessiautomaatiossa sekä rakennusten kaapelointiin.
Standardin IEC 63171-5:n mukaiset, M8- ja M12-rakenteiset pistokkeet ovat tehneet vaikutuksen teollisuussovelluksissa, myös vaativassa kenttäkäytössä. Rakennusten kaapeloinnissa suosituin on IEC 63171-2 -standardin mukainen IP20-pistoke. Tämä pistoke on koko standardisarjan kompaktein ja mahdollistaa kaksinkertaisen liitäntätiheyden perinteiseen RJ45-liitäntään verrattuna. Vähäisempi kaapelointi on perusta tulevaisuuden Ethernet-tiedonsiirrolle.
Hallittavat SPE-kytkimet
Hallittavat SPE-kytkimet tarjoavat ensimmäistä kertaa mahdollisuuden liittää nykyaikaisia antureita ja kenttälaitteita suoraan SPE-liitännällä Ethernet-verkkoon. Ne muodostavat siten perustan älykkäälle SPE-ratkaisulle, jossa kenttätason anturitiedot integroidaan pilveen ja internetiin.
SPE-standardin 10BASE-T1L ansiosta hallittava kytkin mahdollistaa pitkät etäisyydet 1 000 metriin saakka. Lisäksi antureihin syötetään optimaalisesti virtaa Power over Data Line (PoDL) -linjan kautta.
Neuvontatiimimme Single Pair Ethernet -tarjonta
Phoenix Contactilla on tietämys ja tuotevalikoima Single Pair Ethernetin käyttämiseen eri toimialoilla ja alueilla. Tutustu siihen, kuinka SPE-asiantuntijat Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas ja Tim Kindermann kehittävät yhdessä kanssasi yksilöllisiä Single Pair Ethernet -ratkaisuja, joka on digitalisaation avainteknologia.
Avainkumppani älykkääseen verkon rakentamiseen
Phoenix Contact on avainkumppani Single Pair Ethernetin integraatioon. Laiteliitännästä kaapelointiin, aktiivisiin verkkokomponentteihin sekä kentällä käytettävistä antureista aina toimiston tietokoneeseen. Digitalisoinnin pioneerina Phoenix Contact on kehitellyt kattavan tuotevalikoiman tätä tarkoitusta varten.
Single Pair Ethernet System Alliance
Phoenix Contact on liittoutunut yhteen muiden SPE System Allianceen kuuluvien johtavien teknologiayritysten kanssa. Kumppaniyritykset yhdistävät Single Pair Ethernetiä koskevan asiantuntemuksensa ja vaihtavat ajatuksia tavoitteellisesti. Niiden yhteisenä tavoitteena on edistää SPE-teknologian käyttöä IIoT-sovelluksissa (Industrial Internet of Things) ja muilla sovellusaloilla.
Kysymyksiä ja vastauksia Single Pair Ethernetistä
Nyt jo käytössä oleva Ethernet-tekniikka tarjoaa sovellukseesi jopa 10 Gbps tiedonsiirtonopeuden vain yhden johdinparin kautta.
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 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.
Kyllä, PoDL-standardin (Power over Data Line) kautta voidaan siirtää jopa 50 W:n tehoa. Eri teholuokat on kuvattu standardissa IEEE 802.3bu.
Olemassa olevia kaapeli-infrastruktuureja voidaan käyttää SPE:lle, jos ne täyttävät vaatimukset. SPE-kaapelit määritetään standardissa IEC 61156-1x.
Muut uudet tiedonsiirtotekniikat Yhtenäinen tiedonsiirto kentälle asti
Tällä hetkellä useissa toimikunnissa ja standardointihankkeissa kehitetään uusia tiedonsiirtostandardeja, kuten OPC UA-, TSN-, SPE- ja 5G-standardeja. Näitä uusia teknologioita ei kuitenkaan tule nähdä toisistaan riippumattomina, vaan ne yhdessä muodostavat tulevaisuuden tiedonsiirron.
Phoenix Contactilla on teknologiajohtajana yli 30 vuoden kokemus teollisuuden tiedonsiirtotekniikan alalta, ja se on mukana kaikissa tärkeissä standardointikomiteoissa. Niissä suunnittelemme sinulle uutta, eri valmistajille sopivaa automaation tiedonsiirtostandardia.
Lue sivustoltamme lisää uusista standardeista.