Технология экономии пространства идеально подходит для применения в автомобильной промышленности. Благодаря передаче данных со скоростью от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с всего по одной витой паре проводов и максимальной длине кабеля 15 метров (неэкранированный) или 40 метров (экранированный), такая технология идеально подходит для использования в кабельных жгутах в автомобилях. Кроме того, в разработке находится ряд новых стандартов SPE, которые должны обеспечить скорость передачи данных до 10 Гбит/с и даже выше. Таким образом, в новых поколениях автомобилей SPE заменяет CAN, MOST, FlexRay и другие шинные системы. Функции обеспечения безопасности, управление и связь осуществляются единообразно через Ethernet. Это необходимое условие для сетевого или автономного вождения.
Однопарный Ethernet Непрерывная связь устройства от датчика до облака
Однопарный Ethernet (SPE) позволяет передавать Ethernet только по одной паре проводов и тем самым обеспечивает экономичное и компактное подключение датчиков. Становится возможной непрерывная IP-связь вплоть до полевого уровня. Помимо передачи данных, технология однопарного Ethernet также позволяет одновременно подавать питание на конечные устройства через PoDL – Power over Data Line.
Однопарный Ethernet отвечает требованиям к единой сетевой инфраструктуре, которая является основой для индустрии 4.0 и промышленного интернета вещей (IIoT).
Что понимают под термином однопарный Ethernet?
Классический Ethernet, который уже соединяет все верхние уровни в пирамиде автоматизации, часто не подходит для подключения самого нижнего полевого уровня. Часто установка слишком сложна или максимальные расстояния недостаточны. Технология SPE решительно расширяет профиль производительности классического Ethernet на данный момент.
Однопарный Ethernet - это еще одна форма физического уровня. Если раньше для передачи Fast Ethernet (100 Мбит/с) требовалось два двухжильных кабеля, а для гигабитного Ethernet – четыре двухжильных кабеля, то однопарный Ethernet позволяет передавать данные только по одной витой паре (single pair). Это открывает новые возможности для подключения компактных устройств, датчиков и исполнительных элементов напрямую из полевого уровня. Дополнительные подсистемы или шлюзы для внедрения больше не требуются. Таким образом, SPE - это легкая и материалосберегающая технология Ethernet для многих текущих и будущих областей применения.
Непрерывная IP-связь от полевого уровня до облака
Перспективная сетевая инфраструктура благодаря связи на базе Ethernet
В прямом сравнении с существующими решениями, Ethernet с TCP/IP и стандарт Time-Sensitive Networking (TSN) обеспечивает передачу данных в режиме реального времени со значительно более высокой скоростью передачи данных. При использовании однопарного Ethernet это также возможно с данными с полевого уровня. Современная технология передачи данных позволяет осуществлять компактную и экономически эффективную Ethernet-связь от датчика до облака. Благодаря универсальной совместимости благодаря определенным стандартам для протоколов передачи данных, кабельной разводки и компонентов устройств, широкомасштабное использование SPE возможно в различных областях применения.
Передача данных только по одному двухжильному кабелю позволяет продолжать использовать существующую двухпроводную кабельную инфраструктуру (совместное использование кабеля). Такой подход отличается бережным отношением к материалам, снижением объема кабельной разводки и простотой реализации. Технология может использоваться в приложениях с дальностью действия до 1000 метров, высокой скоростью передачи данных до 10 Гбит/с, а также мощностью до 50 Вт. Сеть SPE может быть реализована в виде звездообразной или линейной топологии. Технология отвечает требованиям к сетевой инфраструктуре, рассчитанной на будущие требования.
Особенности технологии однопарного Ethernet
Стандарты однопарного Ethernet
Различные стандарты и нормы регулируют все, что связано с технологией SPE, от интерфейсов Ethernet до кабельной разводки и передачи данных. Данные стандарты SPE определены в IEEE 802.3. Настоящий стандарт описывает техническую основу для передачи данных на базе Ethernet по паре проводов. Они различаются по скорости передачи и расстоянию. МЭК 63171 описывает совместимые штекерные соединители для этих стандартов SPE.
Phoenix Contact предлагает штекеры IP20 в соответствии с МЭК 63171-2, а также штекеры IP67 конструкции M8 и M12 в соответствии с МЭК 63171-5. Кроме того, в настоящее время разрабатываются гибридные штекерные соединители SPE M12 в соответствии с МЭК 63171-7. Кабели SPE описываются в стандарте МЭК 61156-1x. Также возможно использование существующих кабельных инфраструктур, если они соответствуют требованиям.
Расстояния передачи
Истоки однопарного Ethernet лежат в автомобильной промышленности. Цель состоит в том, чтобы реализовать эффективную и единую инфраструктуру, способную обеспечить высокую производительность при минимальной кабельной разводке. Аналогичные требования применяются к приложениям в других отраслях промышленности. Однако 100 метров как максимальная длина соединения для классического Ethernet недостаточны для многих приложений. Стандарт SPE 10BASE-T1L в соответствии с IEEE 802.3cg позволяет значительно увеличить расстояние передачи. Этот стандарт определяет кабели передачи данных с одной парой проводов и расстоянием передачи до 1 000 метров.
При длине передачи 1000 метров скорость передачи достигает 10 МБит/с или 1 ГБит/с при длине передачи 40 метров. Эти скорости передачи данных достаточны даже для требовательных компонентов датчиков с полевого уровня. Таким образом, интерфейсы SPE могут использоваться универсально для промышленного применения.
Благодаря технологии Power over Data Line (PoDL) датчики или полевые устройства одновременно получают электропитание
PoDL – Power over Data Line
Помимо передачи данных через Ethernet, технология SPE также позволяет одновременно подавать питание на конечные устройства. С помощью технологии Power over Data Line (PoDL) можно передавать полезную мощность до 50 Вт.
Различные классы производительности описаны в стандарте IEEE 802.3 bu. С помощью этой технологии можно подавать питание на датчик или исполнительный элемент на расстоянии до 1000 метров по кабелю, используемому для передачи данных. Усилия по установке и требования к пространству для полевой кабельной разводки сведены к минимуму.
Приложения для однопарного Ethernet SPE идеально подходит для различных применений в индустрии 4.0, автоматизации зданий, заводов и технологических процессов. Технология SPE может быть легко интегрирована в существующую инфраструктуру Ethernet, независимо от среды, в которой она используется. Для реализации тенденции к щадящим ресурсы миниатюрным устройствам однопарный Ethernet также обеспечивает больше места для электроники благодаря компактным проводникам.
Во всех областях производства интеграция датчиков играет ключевую роль. SPE надежно интегрирует датчики, исполнительные элементы или полевые устройства в существующую среду Ethernet. Это означает, что необходимые данные и информация о процессе могут передаваться напрямую на уровень управления или в облако для анализа. В отличие от протоколов полевых шин, Ethernet проникает на все уровни автоматизации. Дополнительные шлюзы или интерфейсы не требуются. Сокращение до одной пары проводов также упрощает кабельную разводку датчиков напрямую в машинах или установках. Строительство, эксплуатация и обслуживание установок становятся более эффективными и рентабельными.
Ethernet APL дает возможность осуществлять двухпроводное подключение Ethernet полевых устройств и датчиков напрямую во взрывоопасных зонах приложений производственных процессов. Advanced Physical Layer (APL) использует стандарт 10BASE-T1-L из IEEE 802.3 cg в сочетании с МЭК TS 60079-47, стандарт 2021-03 (2-WISE) (2-WISE означает 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) и поддерживает методы взрывозащиты, включая искробезопасность. Становится возможным использование во взрывоопасных зонах и преодоление больших расстояний до 1000 метров на скорости 10 Мбит/с. Новая коммуникационная инфраструктура обеспечивает непрерывное использование Ethernet в перерабатывающей промышленности.
Объединенные в сеть здания обеспечивают высокую эффективность, большую безопасность и дополнительные функции комфорта. Используя универсальный IP-протокол, датчики, выключатели или термостаты, например, могут быть подключены к системе управления зданием через локальную сеть передачи данных и облако. Непрерывная кабельная разводка SPE заменяют существующие системы полевых шин, сложные интерфейсы или шлюзы. Существует также возможность повторного использования существующих двухпроводных кабельных инфраструктур, таких как сетевые кабели. Монтаж и ввод в эксплуатацию значительно упрощаются.
Наша продукция
Штекерные соединители SPE
Компактные приборные соединители и кабельные разъемы серии ONEPAIR для однопарного Ethernet идеально рассчитаны на эффективную передачу данных в системах автоматизации производства и технологических процессов, а также для кабельной разводки в зданиях.
Для промышленных применений, в том числе и в грубых полевых условиях, хорошо зарекомендовали себя стыковочные части в соответствии с МЭК 63171-5 конструкции M8 и M12. При кабельной разводке в зданиях ведущей является стыковочная часть IP20 в соответствии с МЭК 63171-2. Эта стыковочная часть является самой компактной из всей серии стандартов и позволяет удвоить плотность монтажа по сравнению с обычным интерфейсом RJ45. Сокращение кабельной разводки является основой для перспективной связи Ethernet.
Управляемые коммутаторы SPE
Управляемые коммутаторы SPE впервые предлагают возможность подключения современных датчиков и полевых устройств с интерфейсом SPE напрямую к сети Ethernet. Таким образом, они являются основой для интеллектуального решения SPE, в котором данные датчиков с полевого уровня интегрируются в облако и интернет.
Благодаря стандарту SPE 10 BASE-T1L управляемый коммутатор позволяет работать даже на больших расстояниях - до 1000 метров. Кроме того, питание датчиков оптимально обеспечивается по технологии Power over Data Line (PoDL).
Предложения наших консультантов по однопарному Ethernet
Phoenix Contact обладает знаниями и портфелем продуктов для использования однопарного Ethernet в различных отраслях и сферах. Узнайте, как эксперты SPE Верена Нойхаус, Гвадалупе Чалас и Тим Киндерманн вместе с Вами разрабатывают индивидуальные решения для однопарного Ethernet, ключевой технологии цифровизации.
Ваш ключевой партнер для интеллектуального объединения в сеть
Phoenix Contact является ключевым партнером в части интеграции однопарного Ethernet. От интерфейса устройств и кабельной разводки до активных сетевых компонентов, от полевых датчиков до офисных ПК. Являясь пионером в области цифровизации, Phoenix Contact разрабатывает для этого полный ассортимент решений.
Single Pair Ethernet System Alliance
Компания Phoenix Contact объединила свои усилия с другими ведущими технологическими компаниями в рамках SPE System Alliance. Партнерские компании объединяют свои ноу-хау по теме однопарного Ethernet и целенаправленно обмениваются информацией. Они преследуют общую цель продвижения технологии SPE в сфере промышленного интернета вещей (IIoT) и всех других областях применения.
Вопросы и ответы об однопарном Ethernet
Уже существующая сегодня технология Ethernet предлагает приложениям скорость передачи до 10 Гбит/с всего по одной паре проводов.
Инфраструктура SPE помогает сократить кабельную разводку для передачи данных, избежать перемены среды от полевых устройств до облака, а также выхода из строя устройств. Вы можете создавать сети со сквозной структурой на базе Ethernet, так что отпадает необходимость в шлюзах. При этом кабельная разводка с SPE производится быстрее и проще, поскольку необходимо подключать всего два провода. Стандарт 10Base-T1L дает возможность создавать кабельную разводку Ethernet с дальностью действия до 1000 метров.
Стандарты SPE определены в IEEE 802.3. В настоящее время существует пять разных принятых стандартов с различными скоростями передачи и дистанциями. Другие стандарты находятся в фазе обсуждения.
Да, по стандарту PoDL (Power over Data Line) можно передавать мощность до 50 Вт. Различные классы производительности описаны в стандарте IEEE 802.3 bu.
Существует вероятность, что существующую кабельную инфраструктуру можно использовать для SPE, если она отвечает данным требованиям. Кабели SPE описываются в стандарте МЭК 61156-1x.
Другие новые технологии связи Полная связь до полевого уровня
Во многих комитетах и проектах стандартизации в настоящее время создаются новые стандарты коммуникации, например, OPC UA, TSN, SPE и 5G. Однако эти новые технологии нельзя рассматривать независимо друг от друга, все вместе они создают коммуникационную концепцию будущего.
В качестве лидера в области технологий с более чем 30-летним опытом в области промышленной технологии связи, Phoenix Contact принимает участие во всех важных комитетах по стандартизации. В них мы создаем для Вас новый, не зависящий от производителя стандарт связи для автоматизации.
Узнайте больше о новых стандартах на страницах нашего сайта.