Single Pair Ethernet

Single Pair Ethernet Наскрізний обмін даними між пристроями від датчика до хмари

Single Pair Ethernet (SPE) дозволяє передавати Ethernet лише за допомогою однієї пари жил і таким чином забезпечує економічне та компактне підключення датчиків. Завдяки цьому стає можливим безперервний IP-зв’язок аж до польового рівня. Крім передачі даних, технологія Single Pair Ethernet також забезпечує одночасне електроживлення кінцевих пристроїв через PoDL — Power over Data Line.

Single Pair Ethernet відповідає вимогам до єдиної мережевої інфраструктури, яка є основою для Industrie 4.0 та промислового Інтернету речей (IIoT).

Що означає Single Pair Ethernet?

Класичний Ethernet, який вже з’єднує всі верхні рівні в піраміді автоматизації, часто не годиться для підключення найнижчого польового рівня. Часто монтаж занадто складний, або максимальні відстані недостатні. Технологія SPE значно розширює профіль продуктивності класичного Ethernet на цьому етапі.

Single Pair Ethernet — це інша форма фізичного рівня. Якщо раніше для передачі Fast Ethernet (100 Мбіт/с) були потрібні два двожильні провідники, а для Gigabit Ethernet — двожильні провідники, то Single Pair Ethernet дозволяє передавати дані за допомогою лише однієї витої пари (single pair). Це відкриває нові можливості для підключення компактних пристроїв, датчиків і виконавчих елементів безпосередньо з польового рівня. Для реалізації більше не потрібні додаткові підсистеми або шлюзи. Таким чином, SPE — це легка та економна технологія Ethernet для багатьох поточних і майбутніх сфер застосування.

Чоловік з планшетом під час обміну даними на базі IP

Безперервний IP-зв’язок від польового рівня до хмари

Перспективна мережева інфраструктура завдяки зв’язку на основі Ethernet

Як порівняти з наявними рішеннями, Ethernet з підтримкою TCP/IP і Time-Sensitive Networking (TSN) дозволяє передавати дані в режимі реального часу зі значно вищою швидкістю передачі даних. Single Pair Ethernet також робить це можливим для даних польового рівня. Сучасна технологія передачі дозволяє компактно та економічно ефективно передавати дані через Ethernet від датчика до хмари. Завдяки повній сумісності згідно з визначеними стандартами для протоколів передачі, кабельних з’єднань і компонентів пристроїв можливе широкомасштабне використання SPE в різних сферах застосування.

Передача даних одним двожильним провідником дозволяє надалі використовувати наявну двопроводову кабельну інфраструктуру (Cable Sharing). Це допомагає заощаджувати матеріали, зменшує витрати на електромонтаж і забезпечує простоту інтеграції. Технологію можна використовувати в системах з відстанню до 1000 метрів, високою швидкістю передачі даних до 10 Гбіт/с, а також потужністю до 50 Вт. Мережу SPE можна реалізувати за топологією «зірка» або «лінія». Технологія відповідає вимогам до мережевої інфраструктури майбутнього.

Особливості технології Single Pair Ethernet

Стандарти Single Pair Ethernet

Різні стандарти і норми регулюють все, що пов’язано з технологією SPE, від інтерфейсів Ethernet до кабельних з’єднань і передачі даних. Стандарти SPE визначені в IEEE 802.3. Цей стандарт описує технічну основу для передачі даних на основі Ethernet через пару жил. Вони відрізняються за швидкістю передачі та відстанню. IEC 63171 описує сумісні з’єднувачі для цих стандартів SPE.

Phoenix Contact пропонує штекери IP20 відповідно до IEC 63171-2, а також штекери IP67 у виконанні M8 і M12 відповідно до IEC 63171-5. Крім того, наразі розробляються гібридні з’єднувачі SPE-M12 за стандартом IEC 63171-7. Кабелі SPE визначаються у стандарті IEC 61156-1x. Також можливе використання наявної кабельної інфраструктури, якщо вона відповідає вимогам.

Стандарти SPE

Відстані передачі

Single Pair Ethernet бере початок в автомобільній промисловості. Мета полягає в тому, щоб реалізувати ефективну та уніфіковану інфраструктуру, яка може забезпечити високу продуктивність з якомога меншою кількістю кабельних з’єднань. Подібні вимоги застосовуються і до систем в інших галузях. Однак 100 метрів, тобто максимальної довжини з’єднання для класичного Ethernet, недостатньо для багатьох сфер застосування. Стандарт SPE 10BASE-T1L відповідно до IEEE 802.3cg дозволяє значно збільшити відстань передачі. Цей стандарт визначає кабелі передачі даних з однією парою жил і відстанню передачі до 1000 метрів.

За відстані передачі 1000 метрів швидкість передачі сягає 10 Мбіт/с або 1 Гбіт/с за відстані передачі 40 метрів. Ці швидкості передачі даних достатні навіть для вимогливих сенсорних компонентів польового рівня. Таким чином, інтерфейси SPE можна універсально використовувати для промислових систем.

PoDL — Power over Data Line

Завдяки технології Power over Data Line (PoDL) датчики або польові пристрої також отримують живлення одночасно

PoDL — Power over Data Line

На додаток до передачі даних через Ethernet, технологія SPE також забезпечує одночасне електроживлення кінцевих пристроїв. За допомогою технології Power over Data Line (PoDL) можна передавати корисну потужність до 50 Вт.

Різні класи потужності описані в стандарті IEEE 802.3bu та IEEE 802.3cg. За допомогою цієї технології можна подавати живлення на датчик або виконавчий елемент на відстані до 1000 метрів за допомогою кабелю, який використовується для передачі даних. Витрати на монтаж і вимоги до простору для польової кабельної розводки зведені до мінімуму.

Класи потужності PoDL

Таблиця з оглядом класів потужності PoDL
Подати запит на консультацію
Тестовий комплект для Single Pair Ethernet тепер в асортименті
Реалізуйте системи Multidrop на базі Ethernet відповідно до стандарту IEEE 802.3cg. Тестова плата має один інтерфейс USB та два інтерфейси Single Pair Ethernet. Вона підтримує топологію шини, визначену стандартом 10BASE-T1S. Зв’язок відбувається зі швидкістю передачі даних до 10 Мбіт/с та за участю щонайбільше 50 учасників — за довжини 25 метрів. Залюбки надамо вам консультацію.
Подати запит на консультацію
Тестовий комплект для Single Pair Ethernet

Сфери застосування Single Pair Ethernet SPE являє собою ідеальне рішення для різних застосувань в Industrie 4.0, автоматизації будівель, заводів і процесів. Технологію SPE можна легко інтегрувати в наявну інфраструктуру Ethernet, незалежно від середовища, в якому вона використовується. Згідно з тенденцією до заощадження ресурсів, мініатюрних пристроїв технологія Single Pair Ethernet забезпечує більше місця для вашої електроніки завдяки компактним кабельним з’єднанням.

Автомобільна галузь
Людина перед екраном у виробничій галузі
Переробна промисловість
Будівля із системою автоматизації зовні
Автомобільна галузь

Компактна технологія являє собою ідеальне рішення для застосування в автомобільній промисловості. Завдяки передачі даних зі швидкістю від 10 Мбіт/с до 1 Гбіт/с по одній витій парі проводів за максимальної довжини кабелю 15 метрів (неекранований) або 40 метрів (екранований) це ідеальний варіант для використання в кабельних джгутах транспортних засобів. Крім того, в розробці знаходиться низка нових стандартів SPE, які мають забезпечити швидкість передачі даних до 10 Гбіт/с і навіть більше. Таким чином, у нових поколіннях автомобілів SPE замінює CAN, MOST, FlexRay та інші шинні системи. Функції безпеки, керування та зв’язку працюють рівномірно через Ethernet. Це важлива передумова для пересування з підключенням до мережі або автономного водіння.

Людина перед екраном у виробничій галузі

У всіх сферах виробництва інтеграція датчиків відіграє ключову роль. SPE надійно інтегрує датчики, виконавчі елементи або польові пристрої в наявне середовище Ethernet. Це означає, що необхідні дані та технологічну інформацію можна передавати безпосередньо на рівень керування або в хмару для аналізу. На відміну від протоколів польових шин, Ethernet проникає на всі рівні автоматизації. Додаткові шлюзи або інтерфейси не потрібні. Зменшення до однієї пари жил також спрощує підключення датчиків безпосередньо до машин або систем. Будівництво, експлуатація та обслуговування установок стають більш ефективними та рентабельними.

Переробна промисловість

Ethernet-APL робить можливим безпосереднє двопроводове підключення польових пристроїв та датчиків у вибухонебезпечних зонах за технологією Ethernet. Advanced Physical Layer (APL) використовує стандарт 10BASE-T1-L від IEEE 802.3cg разом із стандартом IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) і підтримує методи вибухозахисту, зокрема іскробезпеку. Стає можливим використання в небезпечних зонах і подолання великих відстаней до 1000 метрів зі швидкістю 10 Мбіт/с. Нова інфраструктура обміну даними дозволяє послідовно використовувати Ethernet у переробній промисловості.

Докладніше про Ethernet-APL
Будівля із системою автоматизації зовні

Об’єднані в мережу будівлі забезпечують високу ефективність, більшу безпеку та додаткові функції комфорту. За допомогою універсального IP-протоколу датчики, перемикачі або термостати, наприклад, можна підключати до системи управління будівлею через локальну мережу передачі даних і хмару. Безперервні кабелі SPE замінюють наявні системи польових шин, складні інтерфейси або шлюзи. Існує також можливість повторного використання наявної двопроводової кабельної інфраструктури, наприклад мережевих кабелів. Монтаж і введення в експлуатацію значно спрощуються.

Докладніше про автоматизацію будівель

Наша продукція

З’єднувачі SPE у виконаннях M8, M12, M12 Hybrid та IP20

З’єднувачі SPE

Компактні приладові та кабельні з’єднувачі серії ONEPAIR для однопарних мереж Ethernet забезпечують ефективну передачу даних у сфері автоматизації виробництва і технологічних процесів та прокладання кабельних з’єднань у будівлях.

Для промислового застосування, зокрема в жорстких польових умовах, добре зарекомендували себе вставні торці згідно з IEC 63171-5 у виконанні M8 і M12. У будівельних кабелях провідне місце посідає вставний торець зі ступенем захисту IP20 згідно з IEC 63171-2. Цей вставний торець є найкомпактнішим з усієї стандартної серії і дозволяє подвоїти щільність монтажу, як порівняти зі звичайним інтерфейсом RJ45. Зменшення кількості кабельних з’єднань є основою для майбутнього Ethernet-зв’язку.

Клеми для друкованої плати SPE набувають популярності в системах Industrie 4.0 та промислового Інтернету речей

Клема для друкованої плати SPE

Single Pair Ethernet являє собою потужну технологію для реалізації систем Industrie 4.0 та промислового Інтернету речей. Саме тут на допомогу приходять клеми для друкованої плати серії COMBICON завдяки чіткому кольоровому кодуванню та інтуїтивно зрозумілому використанню.

Керований комутатор SPE

Керовані комутатори SPE

Керовані комутатори SPE вперше пропонують можливість підключення сучасних датчиків і польових пристроїв з інтерфейсом SPE безпосередньо до мережі Ethernet. Таким чином, вони є основою для інтелектуального рішення SPE, в якому дані датчиків з польового рівня інтегруються в хмару та Інтернет.

Завдяки стандарту SPE 10 BASE-T1L керований комутатор дозволяє передавати дані на великі відстані — до 1000 метрів. Датчики також оптимально забезпечуються живленням за допомогою технології Power over Data Line (PoDL).

Команда консультантів з SPE у Phoenix Contact: Тім Кіндерманн, Верена Нойхаус і Гвадалупе Шала

Пропозиція нашої команди консультантів щодо Single Pair Ethernet

Phoenix Contact має необхідні знання та асортимент продукції для застосування Single Pair Ethernet у різних галузях та сферах. Дізнайтеся, як експерти з SPE Верена Нойхаус, Гвадалупе Шала та Тім Кіндерманн з нашої команди консультантів можуть разом з вами розробити індивідуальні рішення в сфері Single Pair Ethernet, ключової технології оцифрування.

Ваш ключовий партнер для створення розумних мереж

Phoenix Contact — ваш ключовий партнер для інтеграції технології Single Pair Ethernet. Від інтерфейсу пристрою та кабельного з’єднання до активних мережевих компонентів, від датчиків у полі до ПК в офісі. Компанія Phoenix Contact як піонер у сфері оцифрування розробляє для нього комплексний асортимент продукції.

Логотип Single Pair Ethernet System Alliance, асоціації технологічних підприємств

Single Pair Ethernet System Alliance

Разом з іншими провідними технологічними підприємствами компанія Phoenix Contact створила асоціацію SPE System Alliance. Компанії-партнери об’єднують ноу-хау щодо Single Pair Ethernet і цілеспрямовано обмінюються досвідом. Вони прагнуть досягти спільної мети — стимулювати розвиток технології SPE для промислового Інтернету речей (IIoT) та інших сфер застосування.

Запитання й відповіді щодо Single Pair Ethernet

З’єднувачі M8 і IP20 для Single Pair Ethernet
Топологія автоматизації підприємства за допомогою Single Pair Ethernet
Стандарти SPE і їхні властивості
Single Pair Ethernet у вбудованій системі
Кабельна інфраструктура для SPE
З’єднувачі M8 і IP20 для Single Pair Ethernet

Уже наявна сьогодні технологія Ethernet забезпечує у вашій системі швидкість передачі до 10 Гбіт/с за допомогою лише одного двожильного провідника.

Топологія автоматизації підприємства за допомогою Single Pair Ethernet

Інфраструктура SPE дає можливість зменшити кількість кабелів передачі даних, уникнути конвертації даних під час їх передачі з поля до хмари, а також запобігти відмовам пристроїв. Можна будувати мережі з неперервною структурою на основі Ethernet, щоб уникнути використання шлюзів. Крім того, кабельні з’єднання SPE виконуються простіше та швидше, оскільки підключати потрібно лише дві жили. Відповідно до стандарту 10Base-T1L відстань кабельних з’єднань Ethernet може становити до 1000 метрів.

Стандарти SPE і їхні властивості

Стандарти SPE визначені в IEEE 802.3. Наразі вже прийнято п’ять різних стандартів з різною швидкістю передачі і дальністю дії. Подальші стандарти ще перебувають на стадії обговорення.

Single Pair Ethernet у вбудованій системі

Так, через PoDL (Power over Data Line) можна передавати потужність до 50 Вт. Різні класи потужності описані в стандарті IEEE 802.3bu та IEEE 802.3cg.

Кабельна інфраструктура для SPE

Наявну кабельну інфраструктуру цілком можливо використати для SPE, якщо вона відповідає вимогам. Кабелі SPE визначаються у стандарті IEC 61156-1x.

Інші нові технології зв’язку Наскрізний обмін даними аж до польового рівня

Зараз у багатьох комітетах і проєктах зі стандартизації розробляються нові стандарти зв'язку, як-от OPC UA, TSN, SPE і 5G. Проте нові технології слід розглядати не окремо одна від одної, а як частину комунікаційної системи майбутнього.
Компанія Phoenix Contact як технологічний лідер із більш ніж 30-річним досвідом у сфері промислових технологій обміну даними бере активну участь у роботі всіх важливих комітетів зі стандартизації. Там ми створюємо для вас новий незалежний від виробників стандарт обміну даними для автоматизації.

Дізнайтеся більше про нові стандарти на наших сторінках.