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Single Pair Ethernet

Single Pair Ethernet Comunicação de dispositivos consistente desde o sensor até à cloud: Single Pair Ethernet (SPE) permite a transmissão de Ethernet através de somente um par de fios e, assim, garante a integração econômica e compacta de sensores. Assim se torna possível a comunicação contínua baseada em IP até o nível de campo. Além da transmissão de dados, a tecnologia Single Pair Ethernet também permite a alimentação elétrica simultânea de dispositivos finais via PoDL – Power over Data Line. A SPE cumpre os requisitos para uma infraestrutura de rede uniforme, que é a base para a Indústria 4.0 e a Internet das Coisas Industrial (IIoT).

O que se entende por Single Pair Ethernet?

A Ethernet clássica, que já conecta todos os níveis superiores na pirâmide de automação, muitas vezes não é adequada para integrar o nível de campo mais baixo. A instalação é frequentemente muito dispendiosa ou as distâncias máximas não são suficientes. Neste ponto, a tecnologia SPE expande de forma decisiva o perfil de potência da Ethernet clássica.

A Single Pair Ethernet é outra forma da Physical Layer. Onde até agora eram necessários dois condutores duplos para a transmissão de Fast Ethernet (100 MBit/s) ou quatro condutores duplos para Ethernet Gigabit, a Single Pair Ethernet permite a transmissão de dados através de somente um par de fios trançado (single pair). Isto permite novas possibilidades de integração de dispositivos compactos, sensores e atuadores diretamente do nível de campo. Já não são necessários subsistemas ou gateways adicionais para a implementação. A SPE é, portanto, o desenvolvimento contínuo de Ethernet leve e economizador de material para muitas áreas de aplicação atuais e futuras.

Homem com um tablet na comunicação baseada em IP

Comunicação contínua baseada em IP desde o nível de campo até a cloud

Infraestrutura de rede preparada para o futuro graças à comunicação baseada em Ethernet

Em comparação direta com as soluções existentes, a Ethernet com TCP/IP e o Time-Sensitive Networking (TSN) permitem a transmissão de dados em tempo real com taxas de transmissão de dados significativamente mais altas. Com a Single Pair Ethernet, isto também é possível com dados do nível de campo. A moderna tecnologia de transmissão permite a comunicação Ethernet do sensor para a cloud com economia de espaço e de custos. Graças à compatibilidade contínua através de padrões definidos para protocolos de transmissão, cabeamento e componentes do dispositivo, é possível utilizar a SPE em larga escala em diferentes aplicações.

A transmissão de dados através de apenas um condutor duplo permite continuar a utilizar a infraestrutura existente de dois fios (Cable Sharing). Isto permite conservar especialmente o material, reduz o esforço de cabeamento e é fácil de integrar. A tecnologia pode ser utilizada em todas as aplicações com alcances de até 1.000 metros, altas taxas de dados de até 10 GBit/s, assim como potências de até 50 W. Uma rede SPE pode ser implementada como uma topologia em estrela ou em linha. A tecnologia cumpre os requisitos de uma infraestrutura de rede preparada para o futuro.

Webinar gratuito

Conhecimento compacto sobre Single Pair Ethernet

Tudo o que você precisa saber sobre Single Pair Ethernet: Verena Neuhaus e Tim Kindermann, especialistas em SPE da Phoenix Contact, apresentam a tecnologia no Webinar e discutem as tendências na comunicação industrial. Eles também mostrarão como você pode usar os produtos SPE de forma lucrativa em suas aplicações.

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Webinar sobre Single Pair Ethernet com Verena Neuhaus e Tim Kindermann, especialistas em SPE da Phoenix Contact

Propriedades da tecnologia Single Pair Ethernet

Padrões Single Pair Ethernet

Diferentes padrões e normas regulam tudo relacionado com a tecnologia SPE, desde as interfaces Ethernet, passando pelo cabeamento, até à transmissão de dados. Os padrões SPE estão definidos na IEEE 802.3. Este padrão descreve as condições básicas para a transmissão de dados baseada em Ethernet através de um par de fios. Eles diferem nas taxas de transmissão e distâncias. A IEC 63171 descreve os conectores compatíveis para esses padrões SPE.

A Phoenix Contact oferece conectores IP20 conforme IEC 63171-2, bem como conectores IP67 nos formatos M8 e M12 conforme IEC 63171-5. Além disso, atualmente estão sendo desenvolvidos conectores híbridos M12 SPE conforme IEC 63171-7. Os cabos SPE são definidos no padrão IEC 61156-1x. Aqui também é possível utilizar as infraestruturas de cabos existentes, desde que cumpram os requisitos.

Trajetos de transmissão

As origens da Single Pair Ethernet estão na indústria automotiva. O objetivo é realizar uma infraestrutura eficiente e uniforme, permitindo oferecer uma alta potência com o mínimo possível de cabeamento. Requisitos semelhantes também se aplicam a aplicações em outras indústrias. No entanto, os 100 metros de comprimento máximo de conexão na Ethernet clássica não são suficientes para muitas aplicações. A norma SPE 10BASE-T1L conforme IEEE 802.3cg permite uma distância de transmissão significativamente maior. Este padrão define o cabeamento de dados com apenas um par de fios e uma distância de transmissão de até 1.000 metros.

Com um comprimento de transmissão de 1.000 metros, as taxas de transmissão alcançam até 10 MBit/s ou 1 GBit/s com um comprimento de transmissão de 40 metros. Estas taxas de transmissão são suficientes mesmo para componentes de sensores exigentes desde o nível de campo. Assim, as interfaces SPE podem ser utilizadas universalmente para aplicações industriais.

Graças ao Power over Data Line (PoDL), os sensores ou dispositivos de campo são alimentados ao mesmo tempo com corrente

PoDL – Power over Data Line

Além da transmissão de dados via Ethernet, a tecnologia SPE também permite a alimentação elétrica dos dispositivos finais simultaneamente. Com a ajuda de Power over Data Line (PoDL) é possível transmitir uma potência útil de até 50 W.

As diferentes classes de potência são descritas nos padrões IEEE 802.3bu e IEEE 802.3cg. Esta tecnologia permite alimentar com corrente um sensor ou atuador a até 1.000 metros de distância por meio do cabo utilizado para a transmissão de dados. Assim são minimizados o esforço de instalação e a necessidade de espaço para o cabeamento de campo.

Classes de potência PoDL

Aplicações para a Single Pair Ethernet A SPE é perfeitamente adequada para diferentes aplicações na Indústria 4.0, bem como na automação predial, de fábricas e processos. A tecnologia SPE pode ser integrada com facilidade em uma infraestrutura Ethernet existente, independentemente do ambiente em que é utilizada. Também na tendência para dispositivos em formato miniatura com uma utilização eficiente dos recursos, a Single Pair Ethernet proporciona mais espaço para seu sistema eletrônico graças a condutores com economia de espaço.

Homem em frente a uma tela na indústria de fabricação

Edifício com automação predial visto do exterior

Indústria automotiva

A tecnologia com economia de espaço é ideal para aplicações na indústria automotiva. Com uma transmissão de 10 MBit/s até 1 GBit/s através de apenas um par de fios trançado e um comprimento máximo do cabo de 15 metros (não blindado) ou de 40 metros (blindado), é ideal para a utilização de chicotes de cabos em veículos. Além disso, há uma série de novos padrões SPE em desenvolvimento que devem permitir taxas de transmissão de dados até 10 GBit/s e mesmo superiores. Por isso, em novas gerações de automóveis, a SPE substitui os sistemas CAN, MOST, FlexRay e outros sistemas de bus. As funções de segurança, o controle e a comunicação funcionam uniformemente via Ethernet. Este é um pré-requisito essencial para uma condução em rede ou autônoma.

Aplicações industriais

A integração de sensores desempenha um papel essencial em todas as áreas de fabricação. A SPE integra de forma confiável sensores, atuadores ou dispositivos de campo em um ambiente Ethernet existente. Desse modo, é possível transmitir dados e informações de processo necessários diretamente para a análise no nível de controle ou na cloud. Ao contrário dos protocolos de bus de campo, a Ethernet penetra todos os níveis de automação. Não são necessários gateways ou interfaces adicionais. A redução para apenas um par de fios também simplifica o cabeamento dos sensores diretamente em máquinas ou instalações. A estrutura, operação e manutenção de instalações se tornam mais eficientes e econômicas.

Indústria de processos

A conexão direta Ethernet de dois fios de dispositivos de campo e sensores em áreas Ex de aplicações da tecnologia de processos permite a Ethernet-APL. A Advanced Physical Layer (APL) usa o padrão 10BASE-T1L da IEEE 802.3cg em conjunto com o padrão IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE significa 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) e suporta métodos da proteção contra explosão, incluindo a segurança intrínseca. Isso permite a utilização em atmosferas potencialmente explosivas e a transposição de grandes distâncias até 1.000 m com 10 MBit/s. A nova infraestrutura de comunicação assegura a utilização contínua de Ethernet na indústria de processos.

Mais sobre Ethernet-APL

Automação predial

Os edifícios interligados garantem uma alta eficiência, mais segurança e funções de conforto adicionais. A utilização de um protocolo IP universal permite conectar, p. ex., sensores, interruptores ou termostatos através da rede de dados local e da cloud a um sistema de gerenciamento de edifícios. O cabeamento SPE contínuo substitui os sistemas de bus de campo existentes, interfaces complexas ou gateways. Além disso, há a possibilidade de utilizar as infraestruturas de cabos existentes de dois fios como, p. ex., cabos de rede. A instalação e colocação em funcionamento são consideravelmente simplificadas.

Mais sobre a automação predial

Nossos produtos

Conectores SPE

Os conectores compactos para dispositivos e cabos da série ONEPAIR para a Ethernet de par único são ideais para a transmissão de dados eficiente na automação de fábricas e processos, bem como no cabeamento em edifícios.

Para aplicações industriais, também na utilização em campo em condições adversas, se estabeleceram as frentes de encaixe conforme IEC 63171-5 nos formatos M8 e M12. A frente de encaixe IP20 conforme IEC 63171-2 é líder no cabeamento em edifícios. Esta frente de encaixe é a mais compacta de toda a série de normas e permite duplicar a densidade de integração em comparação com a interface RJ45 convencional. O cabeamento reduzido forma a base para a comunicação Ethernet preparada para o futuro.

Descubra os conectores SPE

Bornes de placa de circuito impresso SPE

A Single Pair Ethernet oferece uma tecnologia poderosa para a implementação de aplicações na área de Indústria 4.0 e IIoT. Os bornes de placa de circuito impresso do programa COMBICON se destacam pela codificação clara por cores e a seu manuseio intuitivo.

Ir para a lista de produtos de bornes de placa de circuito impresso SPE

Switches Gerenciáveis SPE

Pela primeira vez, os Switches Gerenciáveis SPE oferecem a possibilidade de conectar sensores e dispositivos de campo modernos com interface SPE diretamente com a rede Ethernet. Assim, são a base de uma solução SPE inteligente onde os dados de sensores do nível de campo são integrados na cloud e na Internet.

Graças ao padrão SPE 10 BASE-T1L, o Switch Gerenciável permite longas distâncias de até 1.000 metros. Por meio de Power over Data Line (PoDL), os sensores também são alimentados de forma ideal com corrente.

Descubra os Switches Gerenciáveis SPE

Equipe de assessoria em SPE da Phoenix Contact: Tim Kindermann, Verena Neuhaus e Guadalupe Chalas

A oferta de nossa equipe de assessoria em Single Pair Ethernet

A Phoenix Contact tem o conhecimento e o portfólio de produtos para aplicar a Single Pair Ethernet em diferentes indústrias e setores. Saiba como os especialistas em SPE Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas e Tim Kindermann de nossa equipe de assessoria trabalham juntamente com você para desenvolver soluções individuais de Single Pair Ethernet, a tecnologia-chave da digitalização.

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Seu parceiro-chave para a conexão inteligente em rede

A Phoenix Contact é seu parceiro-chave para a integração da Single Pair Ethernet. Desde a interface de dispositivo até os componentes de rede ativos, passando pelo cabeamento, desde os sensores no campo até o PC no escritório. Como pioneira no ambiente da digitalização, a Phoenix Contact desenvolveu para esse fim um portfólio de produtos universal.

A Single Pair Ethernet System Alliance

A Phoenix Contact se juntou com outras empresas líderes de tecnologia na SPE System Alliance. As empresas parceiras agrupam o seu know-how sobre Single Pair Ethernet e trocam informações de forma objetiva. O objeto conjunto delas é promover a tecnologia SPE para a Industrial Internet of Things (IIoT) e todas as outras áreas de aplicação.

Saiba mais em www.singlepairethernet.com

Perguntas e respostas acerca da Single Pair Ethernet

Conectores M8 e IP20 para Single Pair Ethernet

Topologia de automação industrial com a Single Pair Ethernet

Single Pair Ethernet usado em um sistema integrado

Quais taxas de dados posso transmitir com SPE?

A tecnologia Ethernet já disponível atualmente fornece para sua aplicação uma velocidade de transmissão até 10 GBit/s através de apenas um par de fios.

Porque devo utilizar SPE?

Com a infraestrutura SPE você reduz o cabeamento de dados, evita quebras de mídia entre o campo e a cloud e também falhas de dispositivos. Pode criar redes com uma estrutura contínua baseada em Ethernet, sendo possível eliminar gateways. Além disso, SPE permite um cabeamento mais fácil e em menos tempo, porque somente é necessário conectar dois fios. O padrão 10Base-T1L possibilita um cabeamento Ethernet com alcances de até 1000 metros.

Quais são os padrões para SPE?

Os padrões SPE estão definidos na IEEE 802.3. Atualmente existem cinco padrões diferentes, já aprovados, com diversas velocidades de transmissão e distâncias. Estão sendo discutidos outros padrões.

SPE também permite a transmissão de potência?

Sim, o padrão PoDL (Power over Data Line) permite transmitir uma potência de até 50 W. As diferentes classes de potência são descritas nos padrões IEEE 802.3bu e IEEE 802.3cg.

O que acontece à infraestrutura de cabos existente?

É concebível ser possível utilizar a infraestrutura de cabos existente para SPE, desde que cumpra os requisitos. Os cabos SPE são definidos no padrão IEC 61156-1x.

Outras novas tecnologias de comunicação Comunicação universal até o campo

De momento, em muitos organismos e projetos de padronização estão sendo criados padrões de comunicação como OPC UA, TSN, SPE e 5G. No entanto, estas novas tecnologias não devem ser vistas independentemente umas das outras, formando juntas a comunicação do futuro.
Como líder tecnológico com mais de 30 anos de experiência no setor da tecnologia industrial de comunicação, a Phoenix Contact está envolvida em todos os organismos de padronização mais importantes. Aí ajudamos a criar para você o novo padrão de comunicação independente do fabricante para a automatização.

Saiba mais nas nossas páginas sobre os novos padrões.