De ruimtebesparende technologie is bij uitstek geschikt voor toepassingen in de automobielindustrie. Met een overdracht van 10 Mbit/s tot 1 Gbit/s via slechts één getwist aderpaar en een maximale kabellengte van 15 meter (niet-afgeschermd) of 40 meter (afgeschermd) is deze ideaal voor gebruik voor kabelbomen in voertuigen. Voorts zijn er een aantal nieuwe SPE-standaarden in ontwikkeling die gegevensoverdrachtsnelheden tot 10 Gbit/s en zelfs hoger mogelijk moeten maken. In nieuwe generaties auto's vervangt SPE daarom CAN, MOST, FlexRay en andere bussystemen. Veiligheidsfuncties, besturing en communicatie verlopen uniform via het Ethernet. Dit is een essentiële voorwaarde voor verbonden of autonoom rijden.
Single Pair Ethernet Gebruikelijke apparaatcommunicatie van de sensor tot in de cloud
Single Pair Ethernet (SPE) maakt de overdracht van Ethernet via slechts één aderpaar mogelijk en zorgt zo voor een kosteneffectieve en ruimtebesparende aansluiting van sensoren. Continue IP-gebaseerde communicatie tot op veldniveau wordt mogelijk. Naast gegevensoverdracht maakt de Single Pair Ethernet-technologie ook gelijktijdige voeding van eindapparaten via PoDL mogelijk – Power over Data Line.
Single Pair Ethernet voldoet aan de eisen voor een uniforme netwerkinfrastructuur, die de basis vormt voor Industrie 4.0 en het Industrial Internet of Things (IIoT).
Wat wordt bedoeld met Single Pair Ethernet?
Het klassieke Ethernet dat reeds alle hogere niveaus in de automatiseringspiramide verbindt, is vaak ongeschikt om het laagste veldniveau te koppelen. De installatie is vaak te complex of de maximale afstanden zijn niet voldoende. De SPE-technologie breidt het prestatieprofiel van het klassieke Ethernet op dit punt aanzienlijk uit.
Single Pair Ethernet is een andere vorm fysieke laag. Waar voorheen twee aderparen nodig waren voor de overdracht van Fast Ethernet (100 Mbit/s) of vier aderparen voor Gigabit Ethernet, maakt Single Pair Ethernet de gegevensoverdracht via slechts één getwist aderpaar (single pair) mogelijk. Dit biedt nieuwe mogelijkheden om compacte apparaten, sensoren en actoren direct vanaf het veldniveau aan te sluiten. Extra subsystemen of gateways voor de implementatie zijn niet meer nodig. SPE is daarom de lichte en materiaalbesparende Ethernet-vooruitgang voor vele huidige en toekomstige toepassingsgebieden.
Continue IP-gebaseerde communicatie van het veldniveau tot in de cloud
Toekomstbestendige netwerkinfrastructuur dankzij op het Ethernet gebaseerde communicatie
In directe vergelijking met bestaande oplossingen maakt het Ethernet met TCP/IP en Time-Sensitive Networking (TSN) gegevensoverdracht in realtime mogelijk met aanzienlijk hogere gegevensoverdrachtssnelheden. Met Single Pair Ethernet is dit ook mogelijk met gegevens van het veldniveau. De moderne overdrachtstechnologie maakt ruimte- en kostenefficiënte Ethernet-communicatie van de sensor tot in de cloud mogelijk. Dankzij de universele compatibiliteit dankzij gedefinieerde standaarden voor overdrachtsprotocollen, bekabeling en apparaatcomponenten is grootschalig SPE-gebruik in diverse toepassingen mogelijk.
Gegevensoverdracht via slechts één aderpaar maakt het mogelijk gebruik te blijven maken van bestaande tweedraads kabelinfrastructuren (Cable Sharing). Dit is bijzonder materiaalvriendelijk, vermindert de bekabeling en is gemakkelijk te integreren. De technologie kan worden gebruikt voor toepassingen met een bereik tot 1000 meter, hoge datasnelheden tot 10 Gbit/s alsmede vermogens tot 50 W. Een SPE-netwerk kan worden uitgevoerd als ster- of lijntopologie. De technologie voldoet aan de eisen voor een toekomstbestendige netwerkinfrastructuur.
Eigenschappen van de Single Pair Ethernet-technologie
Single Pair Ethernet-standaarden
Verschillende normen en standaarden regelen alles rondom de SPE-technologie; van Ethernet-interfaces via de bekabeling tot en met de gegevensoverdracht. De SPE-standaarden zijn gedefinieerd in IEEE802.3. Deze standaard beschrijft het technische kader voor op Ethernet gebaseerde gegevensoverdracht via één aderpaar. Zij verschillen in overdrachtssnelheden en afstanden. IEC 63171 beschrijft de compatibele connectoren voor deze SPE-standaarden.
Phoenix Contact biedt IP20-connectoren volgens IEC 63171-2 alsmede IP67-connectoren in de M8- en M12-bouwvorm volgens IEC 63171-5. Bovendien worden momenteel SPE-M12-hybrideconnectoren volgens IEC 63171-7 ontwikkeld. De SPE-kabels worden gedefinieerd in standaard IEC 61156-1x. Ook bestaande kabelinfrastructuren kunnen worden gebruikt, wanneer deze aan de eisen voldoet.
Overdrachtstrajecten
De oorsprong van Single Pair Ethernet ligt in de automobielindustrie. Het doel is een efficiënte en uniforme infrastructuur te realiseren, die met zo min mogelijk bekabeling hoge prestaties kan leveren. Soortgelijke eisen gelden voor toepassingen in andere industrieën. De 100 meter als maximale aansluitlengte voor het klassieke Ethernet is echter voor veel toepassingen niet voldoende. De SPE-standaard 10BASE-T1L volgens IEEE 802.3cg maakt een aanzienlijk langer overdrachtstraject mogelijk. Deze norm definieert databekabeling met slechts één aderpaar en een transmissieafstand tot 1000 meter.
Bij een overdrachtslengte van 1000 meter bereiken de overdrachtssnelheden tot en met 10 Mbit/s of 1 Gbit/s bij een overdrachtslengte van 40 meter. Deze overdrachtssnelheden zijn zelfs voldoende voor veeleisende sensorcomponenten uit het veldniveau. SPE-interfaces kunnen dus universeel worden gebruikt voor industriële toepassingen.
Dankzij Power over Data Line (PoDL) worden sensoren of veldapparaten tegelijkertijd ook van stroom voorzien
PoDL – Power over Data Line
Naast gegevensoverdracht via het Ethernet maakt de SPE-technologie ook gelijktijdige voeding van de eindapparaten mogelijk. Met behulp van Power over Data Line (PoDL) kan een nuttig vermogen tot en met 50 W worden overgedragen.
De verschillende vermogensklassen worden beschreven in standaard IEEE 802.3bu en IEEE 802.3cg. Met deze techniek is het mogelijk een sensor of actor tot op 1000 meter afstand van stroom te voorzien via de kabel die voor de gegevensoverdracht wordt gebruikt. De installatie-inspanning en de benodigde ruimte voor veldbekabeling worden geminimaliseerd.
PoDL-vermogensklassen
Toepassingen voor het Single Pair Ethernet SPE is ideaal voor diverse toepassingen in Industrie 4.0, de gebouwen-, fabrieks- en procesautomatisering. SPE-technologie kan gemakkelijk worden geïntegreerd in een bestaande Ethernet-infrastructuur, onafhankelijk van de omgeving waarin deze wordt gebruikt. Ook bij de trend naar geminiaturiseerde apparaten die de natuurlijke hulpbronnen ontzien, biedt SPE u meer plaats voor uw elektronica dankzij ruimtebesparende kabels.
In alle productiesectoren speelt de integratie van sensoren een sleutelrol. SPE integreert op betrouwbare wijze sensoren, actoren of veldapparaten in een bestaande Ethernet-omgeving. Dit betekent dat noodzakelijke gegevens en procesgegevens direct naar het besturingsniveau of naar een cloud kunnen worden overgedragen voor analyse. In tegenstelling tot veldbusprotocollen dringt het Ethernet door tot alle automatiseringsniveaus. Extra gateways of interfaces zijn niet nodig. De reductie tot slechts één aderpaar vereenvoudigt ook de bekabeling van sensoren direct in machines of systemen. Opbouw, bedrijf en onderhoud van installaties worden efficiënter en kosteneffectiever.
De directe Single Pair Ethernet-aansluiting van veldapparaten en sensoren voor Ex-zones van procestechnische toepassingen maakt de ethernet-APL mogelijk. De Advanced Physical Layer gebruikt de 10BASE-T1-L-standaard uit de IEEE 802.3cg samen met de IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE)-standaard (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) en ondersteunt methoden van de explosiebescherming, inclusief de intrinsiekveiligheid. Het gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen en de overbrugging van grote afstanden tot 1000 meter bij 10 Mbit/s wordt mogelijk. De nieuwe communicatie-infrastructuur maakt zo het algemene gebruik van het Ethernet in de procesindustrie mogelijk.
Gebouwen met een netwerk zorgen voor een hoge efficiëntie, meer veiligheid en extra comfortfuncties. Door gebruik te maken van een universeel IP-protocol kunnen bijv. sensoren, schakelaars of thermostaten via het lokale datanetwerk en de cloud op het gebouwbeheersysteem worden aangesloten. De continue SPE-bekabeling vervangt bestaande veldbussystemen, complexe interfaces of gateways. Er bestaat ook de mogelijkheid om bestaande tweedraads kabelinfrastructuren, zoals netwerkkabels, opnieuw te gebruiken. Installatie en inbedrijfstelling worden aanzienlijk vereenvoudigd.
Onze producten
SPE-connectoren
Compacte apparaten en kabelconnectoren van de ONEPAIR-serie voor het eenparige Ethernet zijn bij uitstek geschikt voor de efficiënte gegevensoverdracht in de fabrieks- en procesautomatisering alsmede voor de gebouwenbekabeling.
Voor industriële toepassingen, zelfs bij ruw veldgebruik, zijn de connectorbeelden volgens IEC 63171-5 in M8- en M12-bouwvorm ingeburgerd. In de gebouwenbekabeling is het IP20-connectorbeeld volgens IEC 63171-2 het meest toegepaste. Dit connectorbeeld is het meest compacte van de hele reeks normen en maakt een verdubbeling van de pakkingsdichtheid mogelijk in vergelijking met de conventionele RJ45-interface. De gereduceerde bekabeling vormt de basis voor toekomstbestendige Ethernet-communicatie.
SPE-printklemmen
Op het gebied van Industrie 4.0- en IIot-toepassingen biedt het Single Pair Ethernet een krachtige technologie. Printklemmen uit het COMBICON-programma komen hierbij tot hun recht, dankzij de eenduidige kleurcodering en intuïtieve bediening.
Managed SPE-switches
De Managed SPE-switches bieden voor het eerst de mogelijkheid om moderne sensoren en veldapparaten met SPE-interface direct op het Ethernet-netwerk aan te sluiten. Zij vormen dus de basis voor een intelligente SPE-oplossing, waarin sensorgegevens van het veldniveau worden geïntegreerd in de cloud en het internet.
Dankzij de SPE-standaard 10 BASE-T1L maakt de Managed Switch zelfs lange afstanden tot 1000 meter mogelijk. De sensoren worden ook optimaal van stroom voorzien door Power over Data Line (PoDL).
Het aanbod van ons adviesteam voor het Single Pair Ethernet
Phoenix Contact heeft de kennis en het productportfolio om Single Pair Ethernet in verschillende branches en gebieden toe te passen. Ontdek hoe SPE-experts Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas en Tim Kindermann met u samenwerken om specifieke oplossingen te ontwikkelen voor het Single Pair Ethernet, de essentiële technologie van de digitalisering.
Uw essentiële partner voor intelligente koppeling
Phoenix Contact is uw essentiële partner voor de integratie van het Single Pair Ethernet. Van de apparaatinterface en de bekabeling tot en met actieve netwerkcomponenten, van de sensoren in het veld tot en met de PC op kantoor. Als pionier in de digitaliseringsomgeving ontwikkelt Phoenix Contact daarvoor een compleet productassortiment.
De Single Pair Ethernet System Alliance
Phoenix Contact heeft zich met andere toonaangevende technologische ondernemingen verenigd in de SPE System Alliance. De partnerbedrijven bundelen hun knowhow over het Single Pair Ethernet en wisselen deze doelgericht uit. Hun gemeenschappelijke doel is het stimuleren van de SPE-technologie voor het Industrial Internet of Things (IIoT) en alle andere toepassingsgebieden.
Vragen en antwoorden over Single Pair Ethernet
De tegenwoordig reeds beschikbare Ethernet-technologie levert voor uw applicatie een overdrachtssnelheid tot en met 10 Gbit/s via slechts één aderpaar.
Met de SPE-infrastructuur vermindert u datakabels, voorkomt u mediumonderbrekingen van het veld naar de cloud evenals de uitval van apparaten. U kunt netwerken met een doorlopende, op het Ethernet gebaseerde structuur zo opbouwen dat gateways kunnen vervallen. Bovendien bekabelt u met het SPE eenvoudiger en bespaart u meer tijd, omdat er slechts twee aders hoeven te worden aangesloten. De 10Base-T1L-standaard maakt een Ethernet-bekabeling mogelijk met een maximaal bereik van 1000 m.
SPE-standaarden zijn gedefinieerd in IEEE 802.3. Momenteel zijn er vijf verschillende standaarden met uiteenlopende overdrachtssnelheden en afstanden, die reeds zijn losgelaten. Overige standaarden worden besproken.
Ja, via de PoDL-standaard (Power over Data Line) kan een vermogen tot en met 50 W worden overgedragen. De verschillende vermogensklassen worden beschreven in standaard IEEE 802.3bu en IEEE 802.3cg.
Het is goed mogelijk dat u de bestaande kabelinfrastructuren voor SPE kunt gebruiken, wanneer deze aan de vereisten voldoen. SPE-kabels worden gedefinieerd in standaard IEC 61156-1x.
Andere nieuwe communicatietechnologieën Transparant tot in het veld communiceren
In veel commissies en standaardisatieprojecten ontstaan momenteel nieuwe communicatiestandaarden, zoals OPC UA, TSN, SPE en 5G. Deze nieuwe technologieën mogen echter niet onafhankelijk van elkaar worden gezien, want ze vormen samen de communicatie van de toekomst.
Als technologieleider met ruim 30 jaar ervaring op het gebied van industriële communicatietechniek is Phoenix Contact actief in alle belangrijke standaardisatiecommissies. Daar werken wij voor u mee aan de nieuwe, fabrikantoverstijgende communicatiestandaard voor de automatisering.
Lees meer op onze pagina's over de nieuwe standaarden.