Single Pair Ethernet

Single Pair Ethernet Communication continue entre les appareils, du capteur au cloud

Single Pair Ethernet (SPE) permet la transmission Ethernet via une seule paire de fils et assure ainsi une connexion économique et peu encombrante des capteurs. Une communication continue basée sur IP jusqu'au niveau terrain devient possible. Outre la transmission de données, la technologie Single Pair Ethernet permet également d'alimenter simultanément des terminaux via PoDL - Power over Data Line.

Single Pair Ethernet permet de répondre aux exigences d'une infrastructure réseau uniforme qui constitue la base de l'industrie 4.0 et de l'Internet industriel des objets (IIoT).

Qu'est-ce que Single Pair Ethernet ?

L'Ethernet classique, qui relie déjà tous les niveaux supérieurs dans la pyramide de l'automatisation, est souvent inadapté à la connexion du niveau terrain le plus bas. L'installation est souvent trop compliquée ou les distances maximales ne sont pas suffisantes. La technologie SPE étend ici de manière décisive le profil de performance de l'Ethernet classique.

Single Pair Ethernet est une autre forme de couche physique. Alors qu'il fallait jusqu'à présent deux paires pour la transmission Fast Ethernet (100 Mbits/s) ou quatre paires pour Ethernet GBit, Single Pair Ethernet permet la transmission de données via une seule paire torsadée (single pair). Cela permet de nouvelles possibilités de connexion d'appareils compacts, capteurs et actionneurs directement depuis le niveau terrain. Des sous-systèmes ou passerelles supplémentaires pour la mise en œuvre ne sont plus nécessaires. Le SPE est donc une évolution d'Ethernet légère et économe en matériaux pour de nombreux domaines d'application actuels et futurs.

Homme avec une tablette lors d'une communication basée sur IP

Communication basée sur IP de bout en bout, du niveau terrain jusqu'au cloud

Une infrastructure réseau à l'épreuve du temps grâce à la communication basée sur Ethernet

En comparaison directe avec les solutions existantes, Ethernet avec TCP/IP et Time-Sensitive Networking (TSN) permet une transmission de données en temps réel avec des taux de transfert de données nettement plus élevés. Avec Single Pair Ethernet, cela est également possible avec des données provenant du niveau terrain. La technologie de transmission moderne permet une communication Ethernet peu encombrante et peu coûteuse, du capteur jusqu'au cloud. L'utilisation à grande échelle des SPE dans un large éventail d'applications est rendue possible par la compatibilité universelle qu'offrent les normes définies pour les protocoles de transmission, le câblage et les composants des appareils.

La transmission de données via une seule paire de fils permet de réutiliser les infrastructures de câbles bifilaires existantes (Cable Sharing). Cela préserve particulièrement le matériel, réduit les travaux de câblage et est facile à intégrer. La technologie peut être utilisée pour toutes les applications avec des portées allant jusqu'à 1 000 mètres, des débits de données élevés jusqu'à 10 Gbit/s ainsi que des puissances allant jusqu'à 50 W. Un réseau SPE peut être réalisé en topologie en étoile ou en ligne. Cette technologie répond aux exigences d'une infrastructure réseau à l'épreuve du temps.

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Webinaire consacré au Single Pair Ethernet avec Verena Neuhaus et Tim Kindermann, spécialistes SPE chez Phoenix Contact

Caractéristiques de la technologie Single Pair Ethernet


Normes Single Pair Ethernet

Différents standards et normes régissent tout ce qui concerne la technologie SPE, des interfaces Ethernet à la transmission des données en passant par le câblage. Les normes SPE sont définies dans l'IEEE 802.3. Cette norme décrit les conditions techniques générales pour la transmission de données basée sur Ethernet via une paire de fils. Les différences se situent au niveau des vitesses de transmission et des distances. La norme CEI 63171 décrit les connecteurs compatibles avec ces normes SPE.

Phoenix Contact propose des connecteurs IP20 selon la norme CEI 63171-2 ainsi que des connecteurs IP67 au design M8 et M12 selon la norme CEI 63171-5. De plus, des connecteurs hybrides SPE-M12 selon la norme CEI 63171-7 sont actuellement en cours de développement. Les câbles SPE sont définis selon la norme CEI 61156-1x. Il est également possible d'utiliser des infrastructures de câblage existantes si elles répondent aux exigences.

Normes SPE

Voies de transmission

Les origines de Single Pair Ethernet reposent dans l'industrie automobile. L'objectif est de mettre en place une infrastructure efficace et uniforme, capable de fournir des performances élevées avec le moins de câblage possible. Des exigences similaires s'appliquent également aux applications dans d'autres industries. Les 100 mètres de longueur de connexion maximale de l'Ethernet classique ne suffisent toutefois pas pour de nombreuses applications. La norme SPE 10BASE-T1L selon IEEE 802.3cg permet une distance de transmission nettement plus importante. Cette norme définit le câblage de données avec une seule paire de fils et une distance de transmission pouvant atteindre 1 000 mètres.

Pour une longueur de transmission de 1 000 mètres, les taux de transmission atteignent 10 Mbits/s ou 1 Gbit/s pour une longueur de transmission de 40 mètres. Ces taux de transmission sont suffisants, même pour les composants de capteurs les plus sophistiqués du niveau terrain. Les interfaces SPE peuvent ainsi être utilisées de manière universelle pour les applications industrielles.

PoDL – Power over Data Line

Grâce à la technologie Power over Data Line (PoDL), les capteurs ou appareils de terrain sont alimentés simultanément en courant

PoDL – Power over Data Line

En plus de la transmission de données via Ethernet, la technologie SPE permet également d'alimenter simultanément les terminaux. La technologie PoDL (Power over Data Line) permet de transmettre jusqu'à 50 W de puissance utile.

Les différentes classes de puissance sont décrites dans la norme IEE 802.3 bu et IEEE 802.3cg. Grâce à cette technologie, il est possible d'alimenter un capteur ou un actionneur situé jusqu'à 1 000 mètres de distance via le câble utilisé pour la transmission des données. Les frais d'installation et l'espace requis pour le câblage terrain sont réduits au minimum.

Classes de puissance PoDL

Tableau avec présentation des classes de puissance PoDL
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Réalisez des applications Multidrop basées sur Ethernet conformément à la norme IEEE 802.3cg. La carte de test possède une interface USB et deux interfaces SPE. Elle prend en charge la topologie de bus définie par la norme 10BASE-T1S. La communication s'effectue à des taux de transmission de données allant jusqu'à 10 Mbit/s et avec jusqu'à 50 participants - pour une longueur de 25 m. Nous vous conseillons volontiers à ce sujet.
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Applications pour Single Pair Ethernet SPE est idéal pour différentes applications dans l'industrie 4.0, l'automatisation des bâtiments, des usines et des processus. La technologie SPE peut être facilement intégrée dans une infrastructure Ethernet existante, quel que soit l'environnement dans lequel elle est utilisée. Avec la tendance à la miniaturisation des appareils et à la préservation des ressources, SPE offre également plus d'espace à vos équipements électroniques grâce à des câbles compacts.

Industrie automobile
Homme devant un écran dans l'industrie manufacturière
Industrie des process
Bâtiments urbains avec domotique, de l'extérieur
Industrie automobile

Cette technique peu encombrante est parfaitement adaptée aux applications de l'industrie automobile. Avec une transmission de 10 Mbits/s à 1 Gbit/s via une seule paire torsadée et une longueur de câble maximale de 15 mètres (non blindé) ou 40 mètres (blindé), elle est idéalement conçue pour être utilisée dans les faisceaux de câbles des véhicules. Par ailleurs, une série de nouvelles normes SPE sont en cours de développement et devraient permettre des taux de transfert de données allant jusqu'à 10 Gbit/s et même au-delà. Dans les nouvelles générations de véhicules, le SPE remplace donc les systèmes CAN, MOST, FlexRay et autres systèmes de bus. Les fonctions de sécurité, le pilotage et les communications se font de manière uniforme via Ethernet. C'est une condition essentielle pour la conduite connectée ou autonome.

Homme devant un écran dans l'industrie manufacturière

L'intégration de capteurs joue un rôle clé dans tous les domaines de fabrication. SPE intègre de manière fiable des capteurs, des actionneurs ou des appareils de terrain dans un environnement Ethernet existant. Ainsi, les données et informations sur les processus nécessaires peuvent être transmises directement au niveau de commande ou dans un cloud. Contrairement aux protocoles de bus de terrain, Ethernet s'étend à tous les niveaux d'automatisation. Des passerelles et interfaces supplémentaires ne sont pas nécessaires. La réduction à une seule paire de fils simplifie également le câblage des capteurs directement dans les machines ou les installations. La construction, l'exploitation et la maintenance des installations deviennent plus efficaces et moins coûteuses.

Industrie des process

Ethernet APL permet la connexion Ethernet directe à deux fils des appareils de terrain et des capteurs dans les zones ex des applications de transformation. L'Advanced Physical Layer (APL) utilise la norme 10BASE-T1-L de l'IEEE 802.3cg ainsi que la norme CEI TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet), et prend en charge les méthodes de protection contre les explosions, y compris la sécurité intrinsèque. L'utilisation dans des atmosphères explosibles et la couverture de grandes distances jusqu'à 1 000 mètres à 10 MBit/s deviennent possibles. La nouvelle infrastructure de communication permet ainsi l'utilisation continue d'Ethernet dans l'industrie des process.

En savoir plus sur Ethernet-APL
Bâtiments urbains avec domotique, de l'extérieur

Les bâtiments connectés assurent une efficacité élevée, une sécurité accrue et des fonctions confort supplémentaires. L'utilisation d'un protocole IP de bout en bout permet p. ex. de connecter des capteurs, des interrupteurs ou des thermostats au système de gestion des bâtiments via le réseau de données local et le cloud. Le câblage SPE continu remplace les systèmes de bus de terrain existants, les interfaces complexes ou les passerelles. De plus, il est possible de réutiliser les infrastructures de câbles bifilaires existantes, comme les câbles réseau. L'installation et la mise en service sont considérablement simplifiées.

En savoir plus sur l'automatisation des bâtiments

Nos produits


Connecteurs SPE en M8, M12, M12 Hybrid et IP 20

Connecteurs SPE

Les embases et connecteurs compacts de la série ONEPAIR pour Single Pair Ethernet sont parfaits pour la transmission efficace des données dans l'automatisation des usines et des processus ainsi que pour le câblage des bâtiments.

Les faces actives selon la norme CEI 63171-5 se sont imposées dans les designs M8 et M12 pour les applications industrielles, même dans des environnements de terrain difficiles. Dans le câblage des bâtiments, la face active IP20 selon CEI 63171-2 est leader. Cette face active est la plus compacte de toute la série de normes et permet de doubler la densité d'assemblage par rapport à une interface RJ45 traditionnelle. Le câblage réduit est la base d'une communication Ethernet à l'épreuve du temps.

Les blocs de jonction pour C.I. SPE marquent des points dans les applications Industrie 4.0 et IIoT

Blocs de jonction pour C.I. SPE

Dans le domaine des applications Industrie 4.0 et IIoT, le Single Pair Ethernet constitue une technologie performante. Les blocs de jonction pour C.I. de la gamme MINICONNEC font ici valoir leurs atouts grâce à leur codage couleur clair et à leur manipulation intuitive.

Switch SPE manageable

Switchs SPE manageables

Les switchs SPE manageables offrent pour la première fois la possibilité de connecter directement au réseau Ethernet des capteurs et appareils de terrain modernes avec interface SPE. Ils constituent donc la base d'une solution SPE intelligente, dans laquelle les données des capteurs du niveau terrain sont intégrées dans le cloud et sur Internet.

Grâce à la norme SPE 10 BASE-T1L, le switch manageable permet même de couvrir de grandes distances jusqu'à 1 000 mètres. Grâce à Power over Data Line (PoDL), les capteurs sont de plus alimentés de manière optimale.

Équipe de conseil SPE de Phoenix Contact : Tim Kindermann, Verena Neuhaus et Guadalupe Chalas

L'offre de notre équipe de conseil sur le Single Pair Ethernet

Phoenix Contact dispose des connaissances et d'une gamme de produits permettant d'utiliser Single Pair Ethernet dans différentes industries et différents domaines. Découvrez comment les experts SPE Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas et Tim Kindermann développent avec vous des solutions individuelles pour le Single Pair Ethernet, la technologie clé de la digitalisation.

Votre partenaire clé pour la mise en réseau intelligente

Phoenix Contact est votre partenaire clé pour l'intégration du Single Pair Ethernet. De l'interface du dispositif au câblage en passant par les composants actifs du réseau, des capteurs sur le terrain jusqu'au PC dans le bureau. En tant que pionnier dans le domaine de la numérisation, Phoenix Contact développe une gamme de produits complète.

Logo de la Single Pair Ethernet System Alliance, un regroupement d'entreprises technologiques leaders

La Single Pair Ethernet System Alliance

Phoenix Contact s'est associé avec d'autres entreprises technologiques leaders dans la SPE System Alliance. Les entreprises partenaires mettent en commun leur savoir-faire sur le Single Pair Ethernet et échangent d'une manière ciblée. Elles poursuivent un objectif commun : promouvoir la technologie SPE pour l'IIoT (Industrial Internet of Things) et tous les autres domaines d'application.

Questions et réponses sur le Single Pair Ethernet

Connecteurs M8 et IP20 pour le Single Pair Ethernet
Topologie d'une automatisation des usines avec Single Pair Ethernet
Normes SPE et leurs propriétés
Single Pair Ethernet utilisé dans un système embarqué
Infrastructure câblée pour SPE
Connecteurs M8 et IP20 pour le Single Pair Ethernet

La technologie Ethernet déjà disponible aujourd'hui offre une vitesse de transmission allant jusqu'à 10 Gbit/s pour votre application via une seule paire de fils.

Topologie d'une automatisation des usines avec Single Pair Ethernet

Grâce à l'infrastructure SPE, vous réduisez le câblage de données, évitez les ruptures de support entre le terrain et le cloud et les défaillances des appareils. Vous pouvez établir des réseaux avec une structure cohérente basée sur Ethernet de sorte que des passerelles ne sont plus nécessaires. Par ailleurs, le SPE facilite le câblage et permet de gagner du temps étant donné que seulement deux fils doivent être raccordés. La norme 10Base-T1L permet le câblage Ethernet sur des distances allant jusqu'à 1 000 m.

Normes SPE et leurs propriétés

Les normes SPE sont définies dans l'IEEE 802.3. Il existe actuellement cinq normes différentes, avec des taux et des distances de transmission différents, qui ont déjà été adoptées. D'autres normes sont en cours de discussion.

Single Pair Ethernet utilisé dans un système embarqué

Oui, une puissance allant jusqu'à 50 W peut être transmise via le standard PoDL (Power over Data Line). Les différentes classes de puissance sont décrites dans la norme IEE 802.3 bu et IEEE 802.3cg.

Infrastructure câblée pour SPE

Il est concevable d'utiliser les infrastructures câblées existantes pour les SPE si elles répondent aux exigences. Les câbles SPE sont définis dans la norme CEI 61156-1x.

Autres nouvelles technologies de communication Communiquer en continu jusque sur le terrain

De nouvelles normes de communication telles que OPC UA, TSN, SPE et 5G sont actuellement en cours d'élaboration dans de nombreux comités et projets de normalisation. Ces nouvelles technologies ne doivent toutefois pas être considérées indépendamment l'une de l'autre car elles forment ensemble la communication du futur.
En tant que leader technologique, avec plus de 30 ans d'expérience dans le domaine de la technologie de communication industrielle, Phoenix Contact s'engage dans tous les organismes de normalisation importants. Là, nous contribuons à concevoir pour vous cette nouvelle norme de communication pour l'automatisation, indépendamment du fabricant.

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