單對乙太網路

單對乙太網路 確保從感測器到雲端的持續設備通訊

按照單對乙太網 (SPE) 標準,僅透過一對芯線即可實現乙太網路傳輸,從而確保感測器的連接經濟高效且節省空間。由此實現直至現場級別且基於 IP 的連貫通訊。除了傳輸資料,單對乙太網路技術還可透過 PoDL – Power over Data Line 為終端設備供電。

單對乙太網路滿足建構統一網路基礎設施的各項要求,為工業 4.0 和工業物聯網 (IIoT) 奠定了基礎。

什麼是單對乙太網路?

常規的乙太網路在自動化結構中連接了所有上層結構,但通常不適合連接最底下的現場級別。而乙太網路的建立通常也比較麻煩,而且傳輸距離也不夠。在這種背景下,SPE 技術大大擴展了常規乙太網路的性能範圍。

單對乙太網路是物理層級的另一種形式。以前需要兩對雙線來傳輸快速乙太網路 (100 Mbps) 或四對雙線來傳輸十億位元乙太網路,而單對乙太網路僅透過一對雙絞線 (single pair) 即可實現資料傳輸。由此,為直接從現場級別連接緊湊型設備、感測器和執行器創造了新的可能性。實施時,不再需要額外的子系統或閘道器。SPE 作為乙太網路的升級款,使用便捷、節省材料,可用於當下和未來的許多應用領域。

一位男士在用平板電腦進行基於 IP 的通訊

從現場級別至雲端且基於 IP 的連貫通訊

乙太網路通訊,建構符合未來需求的網路基礎設施

與現有解決方案相比,採用 TCP/IP 和時間敏感型網路 (TSN) 標準的乙太網路可實現即時資料傳輸,且傳輸速率明顯更高。藉由單對乙太網路,還可傳輸來自現場級別的資料。這種現代化的傳輸技術支援從感測器到雲端的乙太網路通訊,節省空間,經濟高效。得益於針對傳輸協議、接線和設備元件所定義標準的一致相容性,SPE 可廣泛用於各種應用。

資料傳輸僅需一根雙線,因此可繼續使用現有的雙線電纜基礎設施(Cable Sharing,電纜共享)。這樣特別節省材料,減少了接線工作量,並且易於整合。該項技術應用範圍廣,傳輸距離遠達 1,000 m、資料傳輸速率高達 10 Gbps、電力功率高達 50 W。SPE 網路可以採用星形或線形拓撲結構。這種技術滿足了行業對於符合未來需求的網路基礎設施的要求。

單對乙太網路技術的特性

單對乙太網路標準

人們制定了各種標準和規範,規定了與 SPE 技術有關的所有事項。從乙太網路介面到接線,再到資料傳輸,全面覆蓋。IEEE 802.3 定義了 SPE 標準。該標準描述了各種基於乙太網路的雙線資料傳輸技術框架。它們之間的區別在於傳輸速率和距離不一樣。IEC 63171 標準描述了可用於該 SPE 標準的相容連接器。

菲尼克斯電氣開發了符合 IEC 63171-2 標準的 IP20 連接器,以及符合 IEC 63171-5 標準的 M8 和 M12 IP67 連接器。此外,目前我們正在開發符合 IEC 63171-7 標準的 SPE M12 混合型連接器。IEC 61156-1x 標準定義了 SPE 電纜。因此,只要滿足了要求,就能利用現有的電纜基礎設施。

SPE 標準

傳輸路徑

單對乙太網路起源於汽車行業。目的在於建立高效且統一的基礎設施,以儘可能少的接線實現高效能。而其他行業的應用也面臨著類似的要求。傳統乙太網路的連接長度最大為 100 m,無法達到很多應用的要求。符合 IEEE 802.3cg 規定的 SPE 標準 10BASE-T1L 可實現明顯更遠的傳輸距離。該標準定義了僅使用一對芯線進行資料傳輸接線,傳輸距離可達 1,000 m 的規範。

在傳輸距離為 1000 m 時,傳輸速率可達 10 Mbps,而傳輸距離為 40 m 時,可達 1 Gbps。即使對於來自現場級別的要求苛刻的感測器元件,這兩種傳輸速率也足夠了。因此,SPE 介面可通用於工業應用中。

PoDL – 資料線供電

由於採用 Power over Data Line (PoDL) 標準,還可同時為感測器或現場設備供電

PoDL – 資料線供電

除了經由乙太網路傳輸資料,SPE 技術還可同時為終端設備供電。透過 Power over Data Line (PoDL),可以傳輸高達 50 W 的有效功率。

IEEE 802.3bu 和 IEEE 802.3cg 標準描述了不同的性能等級。藉由這項技術,可以透過用於資料傳輸的電纜為最遠 1,000 m 外的感測器或執行器供電。盡可能減少了現場接線所需的安裝工作和佔地空間。

PoDL 性能等級

包含 PoDL 性能等級總覽的表格
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SPE 評估套件現已上市
根據 IEEE 802.3cg 標準實現基於乙太網的多點應用。測試板有一個 USB 介面和兩個 SPE 介面。它支援 10BASE-T1S 標準中定義的匯流排拓撲。通訊時的資料傳輸率達 10 Mbps,參與設備達 50 台,傳輸距離為 25 m。歡迎洽詢。
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適用於單對乙太網路的評估套件

單對乙太網路應用 SPE 非常適合工業 4.0、樓宇、工廠和過程自動化領域的各種應用。SPE 技術產品可輕鬆整合到現有的乙太網路基礎設施中,不受使用環境的限制。由於電纜佔地面積少,單對乙太網路可以為您的電氣系統留出更多的空間,順應了資源節約型小型化設備的發展趨勢。

汽車行業
一位男士在螢幕前執行製造業操作
過程工業
採用樓宇自動化技術的樓宇外觀
汽車行業

這種技術可節省空間,非常適合用於汽車行業的各類應用。它僅透過一對雙絞線就能實現 10 Mbps 至 1 Gbps 的傳輸速率,且電纜長度最大可達 15 m(非遮罩)或 40 m(遮罩),非常適合用在車輛電纜束中。此外,人們還在制定其他新的 SPE 標準,以實現 10 Gbps 甚至更高的資料傳輸速率。在新一代的車輛中,SPE 將逐步取代 CAN、MOST、FlexRay 等匯流排系統。安全功能、控制器和通訊統一透過乙太網路運轉。這是聯網或自動駕駛的重要前提。

一位男士在螢幕前執行製造業操作

在所有製造領域,整合感測器都是重要的一環。SPE 可將感測器、執行器或現場設備可靠地整合到現有的乙太網路環境中。從而將必要的資料和過程資訊直接傳輸至控制級別或雲端,以進行分析。與現場匯流排協定不同的是,乙太網路貫穿了所有自動化層級。不再需要額外的閘道器或介面。由於芯線的數量減少至僅一對,直接在機器或設備中為感測器接線的工作也得以簡化。設備的構造、運轉和維護也會更加經濟高效。

過程工業

乙太網路 APL 為易爆區過程應用的現場設備和感測器提供雙絞線乙太網路直連。APL(Advanced Physical Layer,進階物理層)採用 IEEE 802.3cg 的 10BASE-T1-L 標準以及 IEC TS 60079-47,2021-03 (2-WISE) 標準(2-WISE = 本安型雙絞線乙太網路),支援包括本安級在內的各類防爆保護措施。因此,乙太網 APL 可用於危險區域,並能以 10 Mbps 的速率實現長達 1,000 m 的橋接距離。依託這一通訊基礎設施,乙太網路即可實現在過程工業中的持續應用。

更多關於乙太網路 APL 的資訊
採用樓宇自動化技術的樓宇外觀

聯網的樓宇運轉效率高、更安全並能提供額外的便捷功能。透過使用一致的 IP 協定,感測器、開關或溫控器等可經由本地資料網路和雲端連接至建築管理系統。一致的 SPE 接線代替了現有的現場匯流排系統、複雜的介面或閘道器。此外,還可再次使用現有的雙線電纜基礎設施,如網路管線。安裝和試運轉工作得以顯著簡化。

更多關於樓宇自動化的資訊

我們的產品

M8、M12、M12 HYBRID 和 IP 20 SPE 連接器

SPE 連接器

ONEPAIR 系列緊凑型單對乙太網路纜線連接器和設備連接器,非常適合用於工廠和過程自動化系統的高效資料傳輸,以及樓宇接線。

在工業應用領域,即使是在條件惡劣的現場應用中,也可以使用符合 IEC 63171-5 標準的 M8 和 M12 針腳連結器方式。針對樓宇接線,主要採用符合 IEC 63171-2 標準的 IP20 針腳連結器方式。這種針腳連結器方式是整個系列標準中最緊湊的,與傳統的 RJ45 介面相比,其堆疊密度提高了一倍。接線工作量減少,為實現符合未來需求的乙太網路通訊奠定了基礎。

SPE PCB 接線端子可在工業 4.0 和工業物聯網應用中大放異彩

SPE PCB 接線端子

單對乙太網路是一種性能強大的技術,有助於實現工業 4.0 和工業物聯網應用。COMBICON 系列 PCB 接線端子採用明確的顏色編碼,且操作直覺便利,在乙太網路應用中優勢明顯。

SPE 管理型交換器

SPE 管理型交換器

藉由 SPE 管理型交換器,使用者首次可將現代化的感測器與現場設備透過 SPE 介面直接整合至乙太網網路中。這為開發智慧型 SPE 解決方案奠定了基礎,有助於將來自現場級別的感測器資料整合到雲端和網際網路中。

管理型交換器採用 SPE 標準 10 BASE-T1L,可實現長達 1,000 m 的傳輸距離。此外,還經由 Power over Data Line (PoDL) 為感測器供電。

菲尼克斯電氣集團 SPE 諮詢團隊:Tim Kindermann、Verena Neuhaus 和 Guadalupe Chalas

我們的諮詢團隊針對單對乙太網路提供服務

菲尼克斯電氣擁有專業知識和相應的產品組合,可將單對乙太網路用於各種行業和領域。歡迎瞭解我們的 SPE 專家 Verena Neuhaus、Guadalupe Chalas 和 Tim Kindermann 將如何與您攜手,為數位化領域的關鍵技術「單對乙太網路」開發客製化解決方案。

您在智慧聯網方面的關鍵合作夥伴

菲尼克斯電氣是您整合單對乙太網的關鍵合作夥伴。從設備介面一直連接到有源的網路元件,從現場感測器一直連接到辦公室的 PC。作為數位化領域的先驅,菲尼克斯電氣將為此開發一個全面的產品組合。

匯集了領先科技企業的單對乙太網系統聯盟的標誌

單對乙太網系統聯盟

菲尼克斯電氣與其他領先科技企業合作組成單對乙太網系統聯盟。這些合作企業匯總了各自對於單對乙太網的專業知識,並針對性地分享這些知識。他們擁有一個共同的目標,即在工業物聯網和所有其他應用領域中推動落實單對乙太網技術。

關於單對乙太網的問答

適用於單對乙太網路的 M8 和 IP20 連接器
採用單對乙太網的工廠自動化的拓撲結構
SPE 標準及其特性
用在嵌入式系統中的單對乙太網路
SPE 電纜基礎設施
適用於單對乙太網路的 M8 和 IP20 連接器

現如今可供您使用的乙太網路技術,只需一對芯線就能為您的應用提供高達 10 Gbps 的傳輸速率。

採用單對乙太網的工廠自動化的拓撲結構

使用 SPE 基礎設施可以讓您減少資料佈線工作量,避免從現場到雲端的介質中斷,還能避免設備故障。可使用基於乙太網路的統一結構建立網路,無需配備閘道器。由於只需要連接兩根芯線,SPE 還能簡化接線工作並節省時間。10Base-T1L 標準支援長達 1000 m 的乙太網路接線。

SPE 標準及其特性

SPE 標準的定義請參見 IEEE 802.3。目前已經採用了五種不同的標準,其傳輸速率和距離各不相同。其他標準正在討論中。

用在嵌入式系統中的單對乙太網路

可以,透過 PoDL 標準(Power over Data Line)可以傳輸最高 50 W 的電力功率。IEEE 802.3bu 和 IEEE 802.3cg 標準描述了不同的性能等級。

SPE 電纜基礎設施

試想一下,只要滿足了要求,您就能將現有的電纜基礎設施用於 SPE。SPE 電纜的定義請參見 IEC 61156-1x 標準。

其他新的通訊技術 全面覆盖,直至現場通訊

在許多委員會和標準化專案中,新的通訊標準正在不斷湧現,例如:OPC UA、TSN、SPE 和 5G。這些新技術並非相互獨立的個體,相互逐漸融合已成為未來通訊的發展趨勢。
作為在工業通訊技術領域擁有 30 多年經驗的技術先驅,菲尼克斯電氣活躍於所有重要的標準化技術委員會。這些委員會旨在為自動化領域開發一個全新的跨製造商通訊標準。

您可瀏覽網頁進一步瞭解這些新標準。