Den utrymmesbesparande tekniken är idealisk för tillämpningar inom bilindustrin. Med en överföringshastighet på 10 MBit/s upp till 1 GBit/s via endast en tvinnad tvåtrådskabel och en maximal kabellängd på 15 meter (oskärmad) eller 40 meter (skärmad) är den idealisk för användning i kabelskydd i fordon. Dessutom är ett antal nya SPE-standarder under utveckling som bör möjliggöra dataöverföringshastigheter på upp till 10 GBit/s och till och med mer. I nya generationer av bilar ersätter SPE därför CAN, MOST, FlexRay och andra bussystem. Säkerhetsfunktioner, styrning och kommunikation sker enhetligt via Ethernet. Detta är en viktig förutsättning för uppkopplad eller autonom körning.
Single-Pair-Ethernet Kontinuerlig enhetskommunikation från sensorn till molnet
Single Pair Ethernet (SPE) gör det möjligt att överföra Ethernet via endast en tvåtrådskabel och säkerställer därmed en kostnadseffektiv och platsbesparande anslutning av sensorer. Sömlös IP-baserad kommunikation ner till fältnivå blir möjlig. Single Pair Ethernet-tekniken möjliggör förutom dataöverföring även samtidig strömförsörjning av slutenheter via PoDL (Power over Data Line).
Single Pair Ethernet uppfyller kraven på en enhetlig nätverksinfrastruktur, vilket är grunden för Industri 4.0 och Industrial Internet of Things (IIoT).
Vad är Single-Pair-Ethernet?
Det klassiska Ethernet, som redan ansluter alla övre nivåer i automationspyramiden med varandra, är ofta olämpligt för att ansluta den lägsta fältnivån. Installationen är ofta för komplicerad eller de maximala avstånden är inte tillräckliga. SPE-tekniken utökar här prestandaprofilen för klassiskt Ethernet på ett avgörande sätt.
Single-Pair-Ethernet är en annan form av fysiskt lager. Där det tidigare krävdes två dubbelledare för överföring av Fast Ethernet (100 MBit/s) eller fyra dubbelledare för Gigabit Ethernet, möjliggör Single-Pair-Ethernet dataöverföring via endast en tvinnad tvåtrådskabel (single pair). Detta ger nya möjligheter att ansluta kompakta enheter, sensorer och ställdon direkt från fältnivån. Ytterligare undersystem eller gateways för genomförandet behövs inte längre. SPE är därför den lätta och materialbesparande Ethernet-utvecklingen för många nuvarande och framtida tillämpningsområden.
Kontinuerlig IP-baserad kommunikation från fältnivå till molnet
Framtidssäker nätverksinfrastruktur genom Ethernet-baserad kommunikation
Vid direkta jämförelser med befintliga lösningar möjliggör Ethernet med TCP/IP och Time-Sensitive Networking (TSN) dataöverföring i realtid med betydligt högre överföringshastigheter. Med Single-Pair-Ethernet är detta också möjligt med data från fältnivå. Den moderna överföringstekniken möjliggör plats- och kostnadseffektiv Ethernet-kommunikation från sensorn till molnet. Tack vare den universella kompatibiliteten genom definierade standarder för överföringsprotokoll, kablage och enhetskomponenter är storskalig användning av SPE möjligt i olika tillämpningar.
Dataöverföring via endast en dubbelledare gör det möjligt att fortsätta att använda befintliga tvåtrådiga kabelinfrastrukturer (cable sharing). Detta är särskilt skonsamt för materialen, minskar behovet av kabeldragning och är lätt att integrera. Tekniken kan användas i tillämpningar med räckvidder på upp till 1 000 meter, höga datahastigheter på upp till 10 GBit/s samt effektnivåer på upp till 50 W. Ett SPE-nätverk kan implementeras som en stjärn- eller linjetopologi. Tekniken uppfyller kraven på en framtidssäker nätverksinfrastruktur.
Egenskaper hos Single Pair Ethernet-tekniken
Single-Pair-Ethernet-standarder
Olika standarder och normer reglerar allt som rör SPE-teknik, från Ethernet-gränssnitt till kablage och dataöverföring. SPE-standarderna definieras i IEEE 802.3. Denna standard beskriver de tekniska ramvillkoren för Ethernet-baserad dataöverföring via en tvåtrådskabel. De skiljer sig åt när det gäller överföringshastighet och avstånd. I IEC 63171 beskrivs de kompatibla kontakterna för dessa SPE-standarder.
Phoenix Contact erbjuder IP20-kontakter enligt IEC 63171-2 samt IP67-kontakter i M8- och M12-utförande enligt IEC 63171-5. Dessutom utvecklas för närvarande SPE-M12-hybridkontakter enligt IEC 63171-7. SPE-kablarna definieras i standarden IEC 61156-1x. Det är också möjligt att använda befintlig kabelinfrastruktur om den uppfyller kraven.
Överföringssträckor
Single-Pair-Ethernet har sitt ursprung i bilindustrin. Målet är att skapa en effektiv och enhetlig infrastruktur som kan leverera hög prestanda med så lite kablage som möjligt. Liknande krav gäller för tillämpningar inom andra branscher. De 100 meter som är den maximala anslutningslängden för klassisk Ethernet är dock inte tillräckliga för många tillämpningar. SPE-standarden 10BASE-T1L enligt IEEE 802.3cg möjliggör ett betydligt längre överföringsavstånd. Denna standard definierar datakablage med endast en tvåtrådskabel och ett överföringsavstånd på upp till 1 000 meter.
Med en överföringslängd på 1 000 meter når överföringshastigheten upp till 10 MBit/s eller 1 GBit/s med en överföringslängd på 40 meter. Dessa överföringshastigheter är tillräckliga även för krävande sensorkomponenter från fältnivå. SPE-gränssnitt kan därför användas universellt för industriella tillämpningar.
Tack vare Power over Data Line (PoDL) kan sensorer eller fältenheter förses med ström samtidigt
PoDL – Power over Data Line
Förutom dataöverföring via Ethernet möjliggör SPE-tekniken även samtidig strömförsörjning av terminalerna. Med hjälp av Power over Data Line (PoDL) kan en nettoeffekt på upp till 50 W överföras.
De olika effektklasserna finns beskrivna i standarden IEEE802.3bu och IEEE 802.3cg. Med den här tekniken är det möjligt att förse en sensor eller ett ställdon med ström på upp till 1000 meters avstånd via den kabel som används för dataöverföring. Installationsarbetet och utrymmeskraven för fältkablaget minimeras.
PoDL-effektklasser
Tillämpningar för Single-Pair-Ethernet SPE är idealisk för olika tillämpningar inom Industri 4.0, byggnads-, fabriks- och processautomation. SPE-tekniken kan enkelt integreras i en befintlig Ethernet-infrastruktur, oavsett i vilken miljö den används. Även inom utvecklingen mot resurssparande och små enheter möjliggör Single-Pair-Ethernet mer plats för din elektronik, tack vare platsbesparande ledningar.
Inom alla tillverkningsområden spelar integrationen av sensorer en nyckelroll. SPE integrerar tillförlitligt sensorer, ställdon och fältenheter i en befintlig Ethernet-miljö. Detta innebär att nödvändig data och processinformation kan överföras direkt till styrsystemsnivån eller till ett moln för analys. Till skillnad från fältbussprotokoll genomsyrar Ethernet alla automationsnivåer. Ytterligare gateways eller gränssnitt behövs inte. Reduceringen till endast ett par kablar förenklar också kabeldragningen av sensorer direkt i maskiner och anläggningar. Konstruktion, drift och underhåll av anläggningar blir effektivare och mer kostnadseffektiv.
Den direkta ethernet-anslutningen med parkabel av fältenheter och sensorer i Ex-zonerna för processtekniska tillämpningar möjliggör Ethernet-APL. Advanced Physical Layer använder standarden 10BASE-T1-L från IEEE 802.3cg tillsammans med IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE)-standarden (2-WISE står för 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) och stödjer metoder för explosionsskydd inklusive egensäkerhet. Användning i farliga områden och överbryggning av stora avstånd på upp till 1 000 meter med 10 MBit/s blir möjlig. Den nya kommunikationsinfrastrukturen gör det möjligt att konsekvent använda Ethernet i processindustrin.
Nätverksbyggnader garanterar hög effektivitet, ökad säkerhet och ytterligare komfortfunktioner. Med hjälp av ett universellt IP-protokoll kan t.ex. sensorer, brytare eller termostater anslutas till systemet för fastighetsdrift via det lokala datanätet och molnet. Den kontinuerliga SPE-kabeldragningen ersätter befintliga fältbussystem, komplexa gränssnitt eller gateways. Det finns också möjlighet att återanvända befintlig tvåtrådig kabelinfrastruktur, t.ex. nätverkskablar. Installation och idrifttagning förenklas avsevärt.
Våra produkter
SPE-anslutning
Kompakta apparat- och kabelanslutningar i serien ONEPAIR för enkelpars Ethernet lämpar sig perfekt för en effektiv dataöverföring inom fabriks- och processautomation samt för kablage i byggnader.
För industriella tillämpningar, även vid tuff fältanvändning, har kontaktfronterna enligt IEC 63171-5 i M8- och M12-utförande blivit etablerade. Vid kablage i byggnader används främst IP20-kontaktfronten enligt IEC 63171-2. Denna kontaktfront är den mest kompakta i hela serien av standarder och möjliggör en fördubbling av packningstätheten jämfört med det konventionella RJ45-gränssnittet. Reducerad kabeldragning är grunden för framtidssäker Ethernet-kommunikation.
SPE-kretskortsplintar
Inom området för Industri 4.0- och IIoT-användningar utgör Single-Pair-Ethernet en kraftfull teknik. Kretskortsplintar i COMBICON-programmet övertygar här på grund av en entydig färgkodning och intuitiv hantering.
Managed SPE-switchar
Managed SPE-switcharna ger för första gången möjlighet att integrera moderna sensorer och fältenheter med SPE-gränssnitt direkt med Ethernet-nätverket. De utgör således grunden för en intelligent SPE-lösning där sensordata från fältnivån integreras i molnet och på internet.
Tack vare SPE-standarden 10 BASE-T1L kan Managed-switchen även hantera långa avstånd på upp till 1000 meter. Med Power over Data Line (PoDL) kan sensorerna dessutom förses optimalt med ström.
Vårt konsultteams offert för Single-Pair-Ethernet
Phoenix Contact har kunskapen och produktportföljen för att använda Single Pair Ethernet i olika branscher och på olika områden. Ta del av hur SPE-experterna Verena Neuhaus, Guadalupe Chalas och Tim Kindermann samarbetar med dig för att utveckla individuella lösningar för Single-Pair-Ethernet, nyckeltekniken för digitalisering.
Din viktigaste partner för smarta nätverk
Phoenix Contact är din viktigaste partner för integreration av Single Pair Ethernet. Från enhetens gränssnitt via kablaget till de aktiva nätverkskomponenterna, och hela vägen från givaren på fältet till datorn på kontoret. Som pionjär inom digitaliseringen har Phoenix Contact konsekvent utvecklat sitt produktutbud.
Single Pair Ethernet System Alliance
Phoenix Contact har slagit sig samman med andra ledande teknikföretag inom SPE System Alliance. Partnerföretagen slår samman sin kompetens inom Single-Pair-Ethernet och delar information med varandra. Det gemensamma målet är att främja SPE-tekniken för Industrial internet of things (IIoT) och alla andra användningsområden.
Frågor och svar om Single-Pair-Ethernet
Den Ethernet-tekniker som redan idag är tillgänglig ger en överföringshastighet för applikationer på upp till ca 10 GBit/s via bara ett trådpar.
Med SPE-infrastruktur reducerar du mängden kablage, undviker avbrott i medierna från fältet till molnet samt att enheter slutar fungera. Du kan bygga upp nätverk med en obruten ethernetbaserad struktur, vilket gör att du slipper gatewaylösningar. Dessutom är kabeldragningen med SPE enklare och snabbare, eftersom bara två ledare behöver anslutas. Med 10Base-T1L-standarden kan Ethernet-kablarna dras med en räckvidd på upp till 1000 meter.
SPE-standarder definieras i IEEE 802.3. För närvarande har fem olika standarder med olika överföringshastighet och avstånd godkänts. Fler standarder diskuteras.
Ja, med PoDL-standarden (Power over Data Line) går det att överföra kraft upp till 50 W. De olika effektklasserna finns beskrivna i standarden IEEE802.3bu och IEEE 802.3cg.
Det är möjligt att du kan använda den befintliga kabelinfrastrukturen för SPE om följande villkor uppfylls. SPE-kablar definieras i standarden IEC 61156-1x.
Fler nya kommunikationstekniker Obruten kommunikation hela vägen ut till fältet
I många arbetsgrupper och standardiseringsprojekt håller man nu på att ta fram nya kommunikationsstandarder som OPC UA, TSN, SPE och 5G. De här nya teknologierna kan dock inte betraktas var för sig, utan bildar tillsammans framtidens kommunikation.
Phoenix Contact har med sina över 30 års erfarenhet en ledande position inom industriell kommunikationsteknik och engagerar sig därför i alla viktiga standardiseringskommittéer. Där utvecklar de nya kommunikationsstandarder för automation som är gemensam för alla tillverkare.
Ta reda på mer om de nya standarderna på våra sidor.