Cyfryzacja w wielu branżach oraz rozwój Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) zwiększają zapotrzebowanie na szybką i płynną komunikację. Ethernet od dawna sprawdza się w inteligentnym łączeniu urządzeń. Single Pair Ethernet (SPE) nie tylko rozszerzy szeregowe protokoły komunikacyjne Fieldbus, ale całkowicie je zastąpi. Innowacyjna charakterystyka SPE zapewnia wartość dodaną dla nowoczesnych infrastruktur komunikacyjnych. Phoenix Contact, dzięki doświadczeniu w wielu branżach, oferuje idealne produkty do wdrażania SPE w szerokim zakresie zastosowań.

Ethernet jednoparowy (SPE) stanowi nowoczesną alternatywę dla tradycyjnych rozwiązań Ethernet, które zwykle wymagają dwóch lub czterech par przewodów w zależności od prędkości transmisji. SPE wykorzystuje jedynie jedną parę przewodów, umożliwiając jednoczesną transmisję danych i zasilania. Technologia ta oferuje przepustowość od 10 Mb/s na dystansie do 1000 metrów, aż do 1 Gb/s przy odległości do 40 metrów, co czyni ją odpowiednią nawet dla zaawansowanych aplikacji, takich jak systemy czujników, skanery czy kamery. Dzięki temu SPE znajduje zastosowanie w obszarach, które dotychczas borykały się z ograniczeniami w zakresie przepustowości, zasięgu i integracji komunikacyjnej.

Rys 1. Phoenix Contact oferuje złącza IP20 zgodne z IEC 63171-2, a także złącza IP67 w konstrukcji M8 i M12 zgodne z IEC 63171-5. Ponadto obecnie trwają prace nad złączami hybrydowymi M12 do Ethernetu jednoparowego zgodnymi z IEC 63171-7.)

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.

Rys 2. Standardy Ethernetu jednoparowego

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.

Rys 3. Klasy mocy PoDL

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.

Single Pair Ethernet (SPE) znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagana jest niezawodna komunikacja oparta na protokole IP na duże odległości i w ograniczonej przestrzeni. Może stanowić zarówno uzupełnienie, jak i alternatywę dla tradycyjnych rozwiązań sieciowych.

Phoenix Contact rozpoczął pracę nad potencjałem Single Pair Ethernet bardzo wcześnie. Dzięki temu nasi eksperci dysponują rozległą wiedzą i doświadczeniem w zakresie wdrażania SPE, oferując kompleksowe, dostosowane do potrzeb rozwiązania. Technologia ta otwiera nowe możliwości w obszarze cyfryzacji, a Phoenix Contact zapewnia niezbędne kompetencje i narzędzia do jej skutecznej integracji w różnych branżach.

Rys 4. Automatyka budynkowa: SPE idealnie nadaje się do łączenia i przekazywania danych generowanych przez wiele instalacji budynkowych.

Kontakt: Paweł Zientarski, Menedżer Obszaru Biznesu – złącza i obudowy do elektroniki

[email protected]

tel. +48 694 485 087