单对以太网

单对以太网 从传感器到云端的稳定设备通信

单对以太网 (SPE) 通过单对导线实现以太网传输,助力打造紧凑且经济高效的传感器接线。由此实现直达现场层的一致IP通信。除数据传输外,单对以太网技术还可同时通过数据线供电 (PoDL) 功能为终端设备供电。

单对以太网满足统一网络架构的要求,是实现工业4.0和工业物联网 (IIoT) 的基础。

单对以太网究竟是什么?

传统以太网已全面连接自动化金字塔的上部层级,但通常不适用于连接最底下的现场层。其问题在于安装往往过于复杂,或最大传输距离不足。在此方面,单对以太网 (SPE) 技术决定性地扩展了传统以太网的性能表现。

单对以太网是另一种形式的物理层。相较于先前需要两对双绞线传输数据的快速以太网 (100 Mbps) 或需要四对双绞线的千兆以太网,单对以太网的数据传输只需要一对双绞线(单对)。这为现场层紧凑型设备、传感器和执行器的接线带来了全新机遇。由此接线无需使用额外的子系统或网关。因此,SPE是面向诸多当前和未来应用的增强型以太网技术,兼具轻量和节材特性。

正在使用平板电脑进行IP通信的男子

从现场层到云端的一致IP通信

支持以太网通信的未来网络基础设施

与现有解决方案相比,采用TCP/IP和时间敏感网络 (TSN) 技术的以太网支持实时数据传输,数据传输速率显著提高。而单对以太网还可传输现场数据。该先进传输技术实现了从传感器到云端的经济高效型以太网通信,可节省空间。传输协议、布线和设备组件依托规定标准实现兼容通用,单对以太网 (SPE) 由此可大规模运用于各类应用。

单对双绞线数据传输方案可沿用现有的两芯电缆基础设施(电缆共享)。该设计可节省大量物料并减少布线工作量,实现轻松集成。凭借其长达1000 米的传输距离、10 Gbps的高数据传输速率和高达50 W的传输功率,单对以太网可横跨多个应用,构建星形或线形拓扑网络。技术满足未来网络基础设施的需要。

单对以太网技术特性

单对以太网标准

从以太网接口、布线到数据传输,不同规范标准对单对以太网 (SPE) 技术的方方面面做出了规定。IEEE 802.3定义了SPE标准。该标准描述了通过单对导线进行以太网数据传输的技术框架。不同之处在于传输速率和距离。IEC 63171标准规定了兼容此类SPE标准的连接器。

菲尼克斯 电气推出符合IEC 63171-2标准的IP20连接器以及符合IEC 63171-5标准的M8与M12 IP67连接器。此外,符合IEC 63171-7标准的SPE M12混合型连接器目前也在开发之中。IEC 61156-1x标准定义了SPE电缆。因此若满足要求,亦可使用现有的电缆基础设施。

SPE标准

传输路径

单对以太网起源于汽车行业。其目标是在兼顾高性能和少布线的情况下,打造高效统一的基础设施。类似要求也适用于其他行业的应用。然而,传统以太网的100 米最大连接长度在诸多应用中根本不够用。符合IEEE 802.3cg要求的SPE标准10BASE-T1L可实现更长的传输距离。标准规定了采用单对导线的数据布线,传输距离长达1000 米。

传输距离为1000 米时,传输速率可达10 Mbps;距离为40 米时,速率达1 Gbps。此类传输速率即使是面对现场层的先进传感器组件也已足用。这意味着SPE接口可通用于工业应用。

PoDL – 数据线供电

数据线供电 (PoDL) 技术同时为传感器和现场设备供电

PoDL – 数据线供电

除通过以太网传输数据外,单对以太网 (SPE) 技术还可同时为终端设备供电。通过数据线供电(PoDL),可以传输高达50 W的有效输出。

IEEE 802.3bu和IEEE 802.3cg标准对各种性能等级进行了介绍。依托SPE技术,即可使用数据传输电缆为1,000米范围内的传感器或执行器供电。现场布线占用空间更小,安装更轻松。

数据线供电性能等级

数据线供电性能等级概况表
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单对以太网评估套件现已上市
打造符合IEEE 802.3cg标准的多分支以太网应用。测试板配备一个USB接口和两个单对以太网(SPE)接口。支持10BASE-T1S标准规定的总线拓扑。通信时的数据传输速率可达10 Mbps,传输距离为25 m,通信设备数量可达50台。我们乐于就此为您出谋划策。
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单对以太网评估套件

单对以太网应用 在工业4.0、楼宇、工厂和过程自动化领域,SPE是各类应用的理想之选。该技术不受应用环境限制,可轻松集成到现有以太网基础设施中。单对以太网支持紧凑型布线,顺应了资源节约化、设备小型化的发展趋势,可为电子设备提供更多空间。

汽车行业
站在制造业车间屏幕前的男子
过程行业
采用楼宇自动化的建筑外观
汽车行业

该紧凑型技术尤为适用于汽车行业应用。凭借单对双绞线上10 Mbps到1 Gbps的传输速率、长达15 米(非屏蔽)或40 米(屏蔽)的电缆长度,单对以太网技术成为了车辆电缆束的理想选择。此外,还有多项全新SPE标准正在制定之中,预期可实现高达10 Gbps甚至更高的数据传输速率。因此,新一代汽车将采用SPE而非CAN、MOST、FlexRay等其他总线系统。安全功能、控制和通信均通过以太网统一运行。这是联网或自动驾驶的基本前提条件。

站在制造业车间屏幕前的男子

传感器集成在各类制造领域都发挥着重要作用。SPE技术能够将传感器、执行器和现场设备可靠集成到现有以太网环境。这表示必要的数据和过程信息可直接传输到控制层或云端以待分析。与现场总线协议不同,以太网适用于各个自动化层级。因此无需另配网关或接口。单对导线的精简设计也简化了传感器在机器或系统中的直接布线操作。系统的构建、运行和维护由此更为高效和经济。

过程行业

以太网APL为易爆区过程应用的现场设备和传感器提供双绞线以太网直连。高级物理层 (APL) 采用IEEE 802.3cg 10BASE-T1-L标准以及IEC TS 60079-47、2021-03 (2-WISE) 标准(2-WISE =本安型双绞线以太网),支持包括本安在内的各类防爆保护措施。以太网APL可用于易爆区域,并可在10 Mbps的速率下实现长达1000 米的桥接距离。全新通信基础设施则可实现过程行业中的一致以太网应用。

有关以太网APL的更多信息
采用楼宇自动化的建筑外观

联网楼宇提供了高效率、高安全性和更多便利功能。通过使用端到端IP协议,传感器、开关和恒温器均可经由本地数据网络和云端连接到楼宇管理系统。 一致的SPE布线由此取代了现有现场总线系统、复杂接口和网关。用户亦可重复使用网络电缆等 现有两芯电缆基础设施。这将显著减轻安装和调试的工作量。

了解关于楼宇自动化的更多信息

产品

M8、M12、M12混合型和IP 20 SPE连接器

SPE连接器

ONEPAIR系列紧凑型设备和电缆连接器适用于单对以太网,是实现工厂、过程自动化和楼宇布线中高效数据传输的理想之选。

M8和M12针式连接器符合IEC 63171-5标准,已成为工业应用标配,尤为适用于恶劣现场环境。符合IEC 63171-2标准的IP20针式连接器则是楼宇布线领域的先进产品。该针式连接器是整个标准系列中较为紧凑的型号,相较于常规RJ45接口,其可实现双倍接线密度。这项可减少布线量的技术构成了未来以太网通信基础。

SPE固定式连接器特别适用于工业4.0和工业物联网应用

SPE固定式连接器

单对以太网技术代表了工业4.0和工业物联网应用的强大技术。这就是COMBICON系列固定式连接器的用武之地,其颜色编码清晰明了,操作简单直观。

管理型SPE交换机

管理型单对以太网 (SPE) 交换机

采用管理型SPE交换机,率先将配有SPE接口的先进传感器和现场设备直连至以太网网络。从而,为智能SPE解决方案奠定了基础,来自现场侧的传感器数据可集成到云端和互联网。

管理型交换机采用SPE标准10 BASE-T1L,可实现长达1000米的传输距离。传感器通过数据线供电(PoDL)技术,还可得到最佳供电。

菲尼克斯电气单对以太网咨询团队:Tim Kindermann、Verena Neuhaus和Guadalupe Chalas

单对以太网咨询团队提供的服务

菲尼克斯 电气拥有专业知识和产品组合,助力单对以太网的多领域跨行业应用。了解单对以太网专家Verena Neuhaus、Guadalupe Chalas和Tim Kindermann如何携手客户开发个性化单对以太网(数字化转型的关键技术)解决方案。

智能网络的重要合作伙伴

菲尼克斯 电气是单对以太网集成的重要合作伙伴, 可实现从设备接口、布线到有源网络组件,从现场传感器到办公室PC机的无障碍连接。作为数字化领域的技术先驱,菲尼克斯 电气可提供种类齐全的产品。

单对以太网系统联盟标志,成员均为先进技术公司

单对以太网系统联盟

菲尼克斯电气携手其他先进技术公司成立单对以太网系统联盟。合作公司可发挥其在单对以太网领域的专业知识优势,以目标为导向实现知识交流,为推动单对以太网技术在工业物联网(IIoT)及其他各项应用领域的发展而共同努力。

单对以太网问答

适用于单对以太网的M8和IP20连接器
工厂自动化拓扑与单对以太网
单对以太网标准及其特点
单对以太网在嵌入式系统中的应用
适用于单对以太网的电缆基础设施
适用于单对以太网的M8和IP20连接器

当前的以太网技术可仅通过双绞线为应用提供高达10 Gbps的传输速度。

工厂自动化拓扑与单对以太网

使用单对以太网基础设施,可以减少数据布线,避免从现场到云端的光电故障和设备故障。可使用基于以太网的统一结构建立网络,无需网关。此外,单对以太网布线更容易,也更节省时间,因为只需要接上两根线。10Base-T1L标准支持1000 m范围内的以太网布线。

单对以太网标准及其特点

IEEE 802.3定义了单对以太网标准。目前有五种不同的传输速度和距离标准已被超越。进一步的标准正在讨论中。

单对以太网在嵌入式系统中的应用

是的,可通过数据线供电(PoDL)标准传输高达50W的电力。IEEE 802.3bu和IEEE 802.3cg标准对各种性能等级进行了介绍。

适用于单对以太网的电缆基础设施

因此,如满足要求,现有的电缆基础设施便可用于单对以太网。IEC 61156-1x标准定义了单对以太网电缆。

其他新通信技术 直达现场的持续通信

各种委员会和标准化项目正不断推出全新通信标准,如OPC UA、TSN、SPE和5G。此类新技术不是彼此独立的,而是共同构成了未来通信技术的基本框架。
菲尼克斯电气作为在工业通信技术领域拥有30多年经验的技术先驱,积极参加了所有重要的标准化委员会。  这些委员会旨在为自动化领域开发一个全新的跨制造商通信标准。

您可在网页上了解有关新标准的更多信息。