Cyfryzacja postępuje w wielu branżach, a Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) stale się rozwija. W rezultacie rośnie liczba urządzeń komunikacyjnych i związane z tym zapotrzebowanie na coraz szybszą i bezproblemową komunikację. Ethernet od dawna sprawdza się w inteligentnym łączeniu urządzeń w różnych obszarach zastosowań. W przyszłości Single Pair Ethernet nie będzie już tylko rozszerzeniem szeregowych protokołów komunikacyjnych Fieldbus, ale całkowicie je zastąpi. Charakterystyka SPE sprawia, że technologia ta jest innowacyjna w szerokim zakresie aplikacji, a tym samym stanowi prawdziwą wartość dodaną dla najnowocześniejszych infrastruktur komunikacyjnych. Phoenix Contact posiada doświadczenie w wielu branżach i idealne portfolio produktów do wdrożenia Ethernetu jednoparowego w szerokim zakresie zastosowań.

Rozwiązania Ethernet, które są tradycyjnie stosowane w różnych branżach, zwykle wymagają dwóch par przewodów, ale w przypadku Gigabit Ethernet i zwiększonej szybkości transmisji danych mogą wymagać nawet czterech par. Ethernet jednoparowy działa tylko z pojedyncza para przewodów i umożliwia jednoczesną transmisję danych i zasilania. Prędkości transmisji osiągane przez tę technologię – od 10 Mb/s przy maksymalnej odległości transmisji wynoszącej 1000 metrów, do 1 Gb/s przy maksymalnej odległości transmisji wynoszącej 40 metrów – są wystarczające nawet dla najbardziej wymagających zadań, takich jak aplikacje, które obejmują intensywne wykorzystanie czujników sieciowych ze skanerami lub kamerami. Ethernet jednoparowy jest zatem odpowiedni do stosowania w wielu dziedzinach, które wcześniej zmagały się z ograniczeniami pod względem szybkości transmisji danych, zasięgu i płynnej komunikacji.

Połączenia do 1000 metrów, prędkości do 1 Gb/s

Jednym z kluczowych ograniczeń standardowych rozwiązań Ethernet jest maksymalna odległość 100 metrów dla połączenia punkt-punkt. Aby pokonać większe odległości w systemach przemysłowych, na przykład na liniach produkcyjnych czy przenośnikach taśmowych, wcześniej trzeba było instalować dodatkowe repeatery lub przełączniki – interfejsy podatne na awarie, które wymagają konserwacji. Technologia SPE umożliwia podłączenie różnych urządzeń na odległość do 1000 metrów z prędkością transmisji 10 Mb/s za pomocą tylko jednego kabla, a także opcjonalne wykorzystanie technologii Power over Data Line (PoDL). Oznacza to, że rozwiązania SPE będą mogły w przyszłości zastąpić określone technologie magistral obiektowych.

Złożone topologie sieciowe z bramami do łączenia różnych systemów mogą być spójnie konfigurowane za pomocą Single Pair Ethernet i obsługiwane za pomocą jednolitych usług Ethernet. Dzięki prędkości transmisji od 10 Mb/s do 1 Gb/s, SPE może spełnić wymagania szerokiej gamy aplikacji. Co więcej, konsorcja IEEE 802.3 dyskutują obecnie nad kolejnymi standardami SPE dla wyższych prędkości transmisji danych – 10 Gb/s i szybszych, dla krótkich odległości (<15 metrów) oraz 100 Mb/s lub 1 Gb/s dla odległości do 500 metrów. Te nowe standardy otworzą spektrum SPE na jeszcze więcej obszarów zastosowań.

Koszty automatyzacji, oszczędność miejsca i wysoka wydajność.

Przeciętna fabryka generuje obecnie około jednego terabajta danych dziennie, a liczba ta stale rośnie. Ciągła komunikacja jest niezbędna do skutecznej oceny tych danych. SPE może zapewnić spójne połączenie sieciowe, od czujnika aż do chmury, w której przechowywane są dane. Ponadto, w świetle rosnącej liczby czujników i inteligentnych urządzeń końcowych wykorzystywanych w zastosowaniach przemysłowych, SPE oferuje idealne rozwiązanie okablowania – jest proste, bezpieczne, kompaktowe i opłacalne. Podczas tworzenia infrastruktury, rozwiązania SPE będą w przyszłości znacznie tańsze niż kombinacje komponentów magistrali i ethernetowych urządzeń sieciowych, które są obecnie powszechnie stosowane.

SPE oferuje wiele korzyści wszędzie tam, gdzie wykorzystywane są roboty autonomiczne i współpracujące. Dzięki szybkości transmisji danych wyższej niż w przypadku konwencjonalnych systemów fieldbus, SPE umożliwia robotom i jednostce sterującej komunikowanie się ze sobą z wyższą częstotliwością próbkowania i większą ilością danych. Do tego dochodzi uproszczone okablowanie, z danymi i zasilaniem w jednej linii. Aby zapewnić wymagania dotyczące wydajności, które w przyszłości mogą wykraczać poza zdefiniowane standardy PoDL, dostępne będą hybrydowe rozwiązania SPE, które w jednym złączu zawierają zarówno styki danych jak i zasilania. Zmniejszenie liczby kabli i połączeń skutkuje mniejszą ilością błędów, szybszym rozwiązywaniem problemów i łatwiejszym serwisowaniem. To wszystko przekłada się na znacząco mniejsze koszty instalacji.

Bezpieczeństwo i wydajność: Technologia APL oparta na SPE

Advanced Physical Layer (APL) to oddzielny standard SPE dla bardzo wrażliwych obszarów automatyki. Jest to idealne rozwiązanie dla przemysłu procesowego, aby móc sprostać wysokim wymaganiom dotyczącym transmisji danych i zasilania nawet w obszarach chronionych przed wybuchem (strefy 0, 1 i 2). APL wykorzystuje standard 10BASE-T1L z IEEE 802.3cg wraz z IEC TS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) (2-WISE = 2-przewodowy iskrobezpieczny Ethernet), a tym samym zapewnia metody ochrony przeciwwybuchowej, w tym iskrobezpieczeństwo. Wśród innych korzyści, technologia ta umożliwia połączenia na dużych odległościach (długość magistrali do 1000 metrów, rozgałęzienia do 200 m), interoperacyjność urządzeń i systemów różnych producentów oraz pozyskiwanie i analizę dużych ilości dodatkowych danych na potrzeby takie jak konserwacja. W szczególności dla sektora naftowego, gazowego i chemicznego, APL umożliwia nowe rozwiązania dla wydajnej sieci – a także dla opłacalnej modernizacji systemów z integracją istniejącego okablowania i protokołów Ethernet, takich jak EtherNet/IP™, HART-IP, OPC UA i PROFINET.

Istnieje wiele obszarów, w których sieci oparte na protokole IP z SPE mogą być użytecznymi dodatkami lub rozwiązaniami zastępczymi – są to wszystkie aplikacje, które wymagają spójnej komunikacji opartej na protokole IP na duże odległości i na ograniczonej przestrzeni. Phoenix Contact rozpoczął pracę nad potencjałem Single Pair Ethernet bardzo wcześnie. Dlatego nasi eksperci mają ogromne doświadczenie w zakresie potencjalnych zastosowań i wymagań SPE i są w stanie zapewnić kompleksowe i dostosowane rozwiązania. Możliwości tej kluczowej technologii są ogromne i umożliwiają postęp w dziedzinie cyfryzacji. Phoenix Contact dysponuje wiedzą oraz odpowiednimi narzędziami, niezbędnymi do realizacji i integracji Ethernetu jednoparowego w szerokim zakresie dziedzin, aby sprostać wyzwaniom przyszłości.

autor:

Paweł Zientarski – Menadżer Obszaru Biznesu – złącza i obudowy do elektroniki, rynek dystrybucji

email: pzientarski@phoenixcontact.pl GSM: +48 694 485 087