Questa tecnologia salvaspazio è ideale per le applicazioni dell'industria automobilistica. Con una trasmissione di 10 MBit/s fino a 1 GBit/s attraverso una treccia di un solo filo doppio e una lunghezza massima del cavo di 15 metri (non schermato) o 40 metri (schermato), è ideale per l'uso in fasci di cavi di veicoli. Inoltre, sono in fase di sviluppo diversi nuovi standard SPE che puntano a consentire velocità di trasmissione dati fino a 10 GBit/s e superiori. Nelle nuove generazioni di automobili, SPE sostituisce quindi CAN, MOST, FlexRay e altri sistemi di bus. Le funzioni di sicurezza, il controllo e la comunicazione sono gestiti tutti tramite Ethernet. Si tratta di un presupposto essenziale per la guida collegata in rete o autonoma.
Single Pair Ethernet Comunicazione continua tra dispositivi dal sensore al cloud
Single Pair Ethernet (SPE) consente la trasmissione di Ethernet attraverso un solo filo doppio, garantendo un collegamento dei sensori economico e poco ingombrante. Diventa possibile una comunicazione continua basata su IP fino al livello di campo. Oltre alla trasmissione dei dati, la tecnologia Single Pair Ethernet consente anche l'alimentazione simultanea dei dispositivi terminali tramite PoDL – Power over Data Line.
Single Pair Ethernet soddisfa i requisiti per un'infrastruttura di rete uniforme, alla base di Industry 4.0 e dell'Industrial Internet of Things (IIoT).
Cos'è il Single Pair Ethernet?
Il classico Ethernet che collega tra loro già tutti i livelli superiori della piramide dell'automazione è spesso inadatto a collegare il livello di campo più basso. Spesso l'installazione è troppo complessa o le distanze massime non sono sufficienti. La tecnologia SPE amplia in modo decisivo il profilo delle prestazioni dell'Ethernet classico.
Il Single Pair Ethernet è un'altra forma di physical layers. Laddove in precedenza erano necessari due fili doppi per la trasmissione di Fast Ethernet (100 MBit/s) o quattro fili doppi per Gigabit Ethernet, il Single Pair Ethernet consente la trasmissione dei dati tramite un solo filo doppio (single pair). Ciò apre nuove possibilità di collegare dispositivi compatti, sensori e attuatori direttamente dal livello di campo. Per l'implementazione non sono più necessari sottosistemi o gateway aggiuntivi. SPE è quindi l'evoluzione dell'Ethernet leggero che risparmia materiali e si adatta a molti campi d'impiego attuali e futuri.
Comunicazione continua basata su IP dal livello di campo al cloud
Infrastruttura di rete a prova di futuro grazie alla comunicazione basata su Ethernet
Rispetto alle soluzioni esistenti, Ethernet con TCP/IP e Time-Sensitive Networking (TSN) consente la trasmissione dei dati in tempo reale con velocità di trasmissione dati notevolmente superiori. Con Single Pair Ethernet, questo è possibile anche con i dati provenienti dal livello di campo. La moderna tecnologia di trasmissione consente una comunicazione Ethernet dal sensore al cloud a costi contenuti e in poco spazio. Grazie alla compatibilità universale, tramite standard definiti per i protocolli di trasmissione, il cablaggio e i componenti dei dispositivi, è possibile utilizzare SPE su larga scala in diverse applicazioni.
La trasmissione dei dati attraverso un solo filo doppio consente di continuare a utilizzare le infrastrutture di cavi a due fili esistenti (cable sharing). Ciò garantisce di risparmiare una grande quantità di materiali, riduce il lavoro di cablaggio e rende possibile una facile integrazione. La tecnologia può essere utilizzata in tutte le applicazioni con portate fino a 1.000 metri, velocità di trasmissione dati elevate fino a 10 GBit/s e potenze fino a 50 W. Una rete SPE può essere implementata con una topologia a stella o lineare. La tecnologia soddisfa i requisiti di un'infrastruttura di rete a prova di futuro.
Caratteristiche della tecnologia Single Pair Ethernet
Standard Single Pair Ethernet
Diversi standard e norme regolano tutto ciò che riguarda la tecnologia SPE, dalle interfacce Ethernet, al cablaggio e alla trasmissione dei dati. Gli standard SPE sono definiti nella norma IEEE 802.3. Questo standard descrive le condizioni quadro tecniche per la trasmissione dei dati basata su Ethernet attraverso un filo doppio. Si distinguono velocità di trasmissione e distanze diverse. La norma IEC 63171 descrive i connettori compatibili con questi standard SPE.
Phoenix Contact offre connettori IP20 secondo la norma IEC 63171-2 e connettori IP67 del tipo M8 e M12 secondo la norma IEC 63171-5. Inoltre, sono attualmente in fase di sviluppo i connettori ibridi M12 SPE secondo la norma IEC 63171-7. I cavi SPE sono definiti nello standard IEC 61156-1x. È anche possibile utilizzare le infrastrutture di cablaggio esistenti, se soddisfano i requisiti.
Distanze di trasmissione
Il Single Pair Ethernet ha origine nell'industria automobilistica. L'obiettivo è realizzare un'infrastruttura efficiente e standardizzata in grado di fornire prestazioni elevate con un cablaggio ridotto al minimo. Requisiti simili valgono anche per le applicazioni di altri settori. Tuttavia, i 100 metri come lunghezza massima di connessione dell'Ethernet classico per molte applicazioni non sono sufficienti. Lo standard SPE 10 BASE-T1L secondo IEEE 802.3cg consente una distanza di trasmissione significativamente maggiore. Questo standard definisce il cablaggio dati con un solo filo doppio e una distanza di trasmissione fino a 1.000 metri.
Con una lunghezza di trasmissione di 1.000 metri, le velocità di trasmissione raggiungono i 10 MBit/s o 1 GBit/s con una distanza di trasmissione di 40 metri. Queste velocità di trasmissione sono sufficienti persino per i componenti dei sensori più esigenti al livello di campo. Pertanto, le interfacce SPE possono essere utilizzate in modo universale per le applicazioni industriali.
Grazie a Power over Data Line (PoDL), i sensori o i dispositivi da campo vengono alimentati contemporaneamente anche con corrente
PoDL – Power over Data Line
Oltre alla trasmissione dei dati via Ethernet, la tecnologia SPE consente anche l'alimentazione simultanea dei dispositivi terminali. Con Power over Data Line (PoDL) è possibile trasmettere una potenza utile fino a 50 W.
Le diverse classi di potenza sono descritte nello standard IEEE 802.3bu e IEEE 802.3cg. Con questa tecnologia, è possibile alimentare con corrente un sensore o un attuatore fino a 1.000 metri di distanza attraverso il cavo utilizzato per la trasmissione dei dati. Il lavoro di installazione e lo spazio necessario per il cablaggio in campo sono ridotti al minimo.
Classi di potenza PoDL
Applicazioni per Single Pair Ethernet SPE è ideale per diverse applicazioni nell'ambito di Industry 4.0, nonché dell'automazione degli edifici, delle fabbriche e di processo. La tecnologia SPE può essere integrata facilmente in un'infrastruttura Ethernet esistente, indipendentemente dall'ambiente in cui viene utilizzata. Grazie a cavi poco ingombranti, il Single Pair Ethernet lascia più spazio per l'elettronica, in linea anche con la tendenza verso dispositivi miniaturizzati a risparmio energetico.
In tutti i settori produttivi, l'integrazione dei sensori svolge un ruolo fondamentale. SPE integra in modo affidabile sensori, attuatori o dispositivi da campo nell'ambiente Ethernet esistente. Ciò significa che i dati e le informazioni di processo necessari possono essere trasmessi direttamente al livello di controllo o a un cloud per l'analisi. A differenza dei protocolli di bus di campo, Ethernet permea tutti i livelli di automazione. Non sono necessari gateway o interfacce supplementari. La riduzione a un solo filo doppio semplifica anche il cablaggio dei sensori direttamente nelle macchine o nei sistemi. La costruzione, il funzionamento e la manutenzione degli impianti diventano più efficienti ed economici.
La connessione Ethernet a due fili diretta di dispositivi da campo e sensori in zone Ex di applicazioni tecniche di processo consente l'Ethernet-APL. L'Advanced Physical Layer (APL) usa lo standard 10 BASE-T1-L della IEEE 802.3cg e lo standard IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE vuol dire 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) e supporta metodi della protezione da esplosioni, inclusa la sicurezza intrinseca. Diventa così possibile l'uso in zone a potenziale rischio di esplosione e il superamento di grandi distanze fino a 1000 metri a 10 MBit/s. La nuova infrastruttura di comunicazione consente l'uso continuo di Ethernet nell'industria di processo.
Gli edifici collegati in rete garantiscono un'elevata efficienza, maggiore sicurezza e comode funzioni aggiuntive. Utilizzando un protocollo IP universale, i sensori, gli interruttori o i termostati, ad esempio, possono essere collegati al sistema di gestione degli edifici tramite la rete dati locale e il cloud. Il cablaggio SPE continuo sostituisce i sistemi di bus di campo, le interfacce complesse o i gateway esistenti. Esiste anche la possibilità di riutilizzare le infrastrutture a due fili esistenti, come ad esempio i cavi di rete. L'installazione e la messa in servizio vengono notevolmente semplificate.
I nostri prodotti
Connettori SPE
I connettori per cavi e dispositivi compatti della serie ONEPAIR per Ethernet con un solo filo doppio sono l'ideale per garantire un'efficiente trasmissione dei dati nell'automazione di processo e di fabbrica, nonché per il cablaggio in edifici.
Per le applicazioni industriali, anche per quelle critiche direttamente in campo, si sono affermati i pin d'inserimento a norma IEC 63171-5 del tipo M8 e M12. Nel cablaggio degli edifici, il pin d'inserimento IP20 secondo la norma IEC 63171-2 è di primaria importanza. Questo pin d'inserimento è il più compatto nell'intera serie standard e consente di raddoppiare la densità di cablaggio rispetto all'interfaccia RJ45 convenzionale. Il cablaggio ridotto è la base per una comunicazione Ethernet a prova di futuro.
Morsetti per circuiti stampati SPE
Single Pair Ethernet offre una tecnologia potente per applicazioni Industry 4.0 e IIoT. Qui i morsetti per circuiti stampati della gamma COMBICON convincono grazie alla loro codifica a colori univoca e al loro uso intuitivo.
Switch Managed SPE
Gli Switch Managed SPE offrono per la prima volta la possibilità di collegare sensori e dispositivi da campo moderni con interfaccia SPE direttamente alla rete Ethernet. Sono quindi la base per una soluzione SPE intelligente, in cui i dati dei sensori provenienti dal livello di campo sono integrati nel cloud e in Internet.
Grazie allo standard SPE 10 BASE-T1L, lo Switch Managed consente di coprire addirittura grandi distanze fino a 1.000 metri. I sensori sono inoltre alimentati in modo ottimale con corrente tramite Power over Data Line (PoDL).
L'offerta del nostro team di esperti per Single Pair Ethernet
Phoenix Contact possiede il know-how e la gamma prodotti per utilizzare Single Pair Ethernet in diversi settori. Scopri come gli esperti di SPE Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas e Tim Kindermann collaboreranno con te per sviluppare soluzioni personalizzate per Single Pair Ethernet, la tecnologia chiave della digitalizzazione.
Il tuo partner strategico per il collegamento intelligente in rete
Phoenix Contact è il tuo partner strategico per l'integrazione di Single Pair Ethernet, dall'interfaccia del dispositivo al cablaggio, fino al componente di rete attivo; dai sensori in campo fino ai PC in ufficio. In qualità di pioniere nel campo della digitalizzazione, Phoenix Contact sta sviluppando a tal fine una gamma di prodotti integrata.
Single Pair Ethernet System Alliance
Phoenix Contact fa parte, insieme ad altre aziende leader nel settore tecnologico, del gruppo SPE System Alliance. Le aziende partner focalizzano il loro know-how su Single Pair Ethernet e scambiano idee e informazioni in modo mirato. Insieme perseguono così l'obiettivo comune di promuovere la tecnologia SPE per l'Industrial Internet of Things (IIoT) e per tutti gli altri campi di applicazione.
Domande e risposte su Single Pair Ethernet
La tecnologia Ethernet già disponibile oggi offre una velocità di trasmissione fino a 10 GBit/s per la tua applicazione attraverso una sola coppia di fili.
Con l'infrastruttura SPE ridurrai il cablaggio dei dati ed eviterai le dispersioni di informazioni dal campo al cloud, nonché i guasti dei dispositivi. Puoi costruire reti con una struttura continua basata su Ethernet, in modo da poter rinunciare ai gateway. Inoltre, SPE facilita il cablaggio e fa risparmiare tempo, poiché è necessario collegare solo due fili. Lo standard 10 BASE-T1L permette un cablaggio Ethernet di portate fino a 1000 metri.
Gli standard per SPE sono definiti nella norma IEEE 802.3. Attualmente vengono applicati cinque diversi standard con varie velocità di trasmissione e distanze. Inoltre, si sta discutendo sulla possibilità di adottare ulteriori standard.
Sì, tramite lo standard PoDL (Power over Data Line) può essere trasmessa una potenza fino a 50 W. Le diverse classi di potenza sono descritte nello standard IEEE 802.3bu e IEEE 802.3cg.
Le infrastrutture di cablaggio esistenti possono essere utilizzate per l'SPE solo se soddisfano i requisiti necessari. I cavi SPE sono definiti nello standard IEC 61156-1x.
Nuove ulteriori tecnologie di comunicazione Per una comunicazione costante fino al campo
Nuovi standard di comunicazione come OPC UA, TSN, SPE e 5G sono attualmente in fase di sviluppo in molti comitati e progetti di standardizzazione. Tuttavia, le nuove tecnologie non devono essere viste indipendentemente l'una dall'altra, anzi, insieme formano la comunicazione del futuro.
In qualità di leader tecnologico con oltre 30 anni di esperienza nel campo delle tecnologie per la comunicazione industriale, Phoenix Contact è coinvolta in tutti i principali comitati di standardizzazione. Qui progettiamo per te un nuovo standard di comunicazione per l'automazione indipendente dal produttore.
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