Single Pair Ethernet (SPE) este cuvântul cheie când vine vorba de infrastructura rețelei pentru Industrial Internet of Things (IIoT). Utilizatorii speră că le va permite implementarea unei arhitecturi de comunicații consistente, în toate aplicațiile în care este prezentă comunicația de date. Acest lucru se bazează pe conceptul de extindere al conexiunii Ethernet până la nivelul senzorilor, de exemplu în cazul în care nu există infrastructura de comunicație, dar utilizatorii au nevoie de transmiterea unor pachete de date pe distanțe mari.
Rețeaua Industrial Ethernet este des utilizată în aplicațiile industriale și oferă o gamă largă de beneficii, datorită transmisiei datelor în timp real. Totuși, această tehnologie este mult prea complexă pentru aplicațiile simple cu senzori. “La nivelul senzorilor, încă se utilizează arhitectura BUS. Weidmüller dorește să creeze o infrastructură de comunicație bazată pe IP, cu un protocol de comunicație standardizat, accesibil de la senzor către cloud”, explică Simon Seereiner, Head of Product Management SAI & IE, Weidmüller.
Ajustarea ratei de transfer al datelor
Single Pair Ethernet (SPE) face posibil acest lucru. Până la urmă, SPE nu necesită rate de transfer de date excesive și poate atinge distanțe mult mai mari, în timp ce construcția este mai compactă. Spre deosebire de conexiunile Ethernet, unde se utilizează două sau patru perechi de conductoare, această tehnologie de conexiune are nevoie doar de o pereche. Tehnologia a fost dezvoltată pe baza know-how-ului din sectorul Automotive, unde economisirea de spațiu și greutate sunt cele mai importante aspecte. În sectorul respectiv, este necesar să existe o infrastructură cu un număr limitat de conductoare și totodată care să fie capabilă să ofere o performanță ridicată, datorită cerințelor tot mai ridicate ale condusului autonom. “Din acest motiv, companiile implicate în construcția de mașini au început dezvoltarea unui protocol pentru Single Pair Ethernet împreună cu asociația de standardizare IEEE, încă din 2012”, explică domnul Seereiner.
Digitalizarea a însemnat că aceeași problemă devine relevantă și în sectorul industrial, deoarece tot mai mulți senzori trebuie integrați în sisteme și utilaje, cablarea trebuie să fie compactă și concepută pentru utilizarea în mediul industrial. Single Pair Ethernet este tehnologia cheie care va face posibilă implementarea IoT și în aplicațiile din mediul industrial. Ratele de transfer de 10 Mbits/s pe o lungime de 1000 de metri și 1 Gbit/s pe o lungime de 40 de metri sunt complet adecvate chiar și pentru sisteme complexe de senzori. Scanerele și camerele de monitorizare/detecție ale locației sau ale tipului de componentă pot fi, de asemenea, integrate în rețea prin Ethernet.
Alimentare și date în același cablu
Tehnologia Power over Data Line (PoDL- alimentare pe conductoarele de date ) înseamnă că Single Pair Ethernet poate, de asemenea, asigura alimentarea componentelor: până la 60 W pot fi asigurați dispozitivului în timpul transmisiei datelor de 100Mbit/s. Acest lucru permite alimentarea senzorului cu energie și date folosind un singur cablu cu două fire, toate acestea într-o construcție mică și compactă, fără să mai fie nevoie de cablu de alimentare, lucru benefic când nu există spațiu suficient.
Alimentarea cu energie electrică și transmisia de date sunt definite în standarde relevante. Agenția de standardizare IEEE a definit clasificări diferite în funcție de clasele de putere. Din moment ce clasele 1-9 sunt deja asociate standardului Power over Ethernet, clasele de putere pentru PoDL încep de la 10. Portofoliul Weidmueller deja include două tipuri de conectori plug-in pentru tehnologia Single Pair Ethernet; un model cu clasa de protecție IP20 și un model cu clasa de protecție IP67. Amândouă modele fac parte din standardul IEC63171, care definește conectorii de tip plug-in pentru Single Pair Ethernet.
Datorită mecanismului robust de blocare, similar cu cel folosit la conectorii plug-in de tip RJ45, cu forța de extragere de cel puțin 50 N și a rezistenței la străpungere de 2,25kV curent continuu, noul conector SPE de tip plug-in are proprietățile perfecte pentru a fi folosit în mediul industrial. Densitatea mare înseamnă că este necesar cu până la 50% mai puțin spațiu, în comparație cu conectorii plug-in RJ45 pentru gradul de protecție IP20. Mai mult de atât, conectorii plug-in SPE pot fi asamblați ușor și rapid pe teren și sunt potriviți pentru cabluri cu secțiunea AWG26 până la AWG22.
Weidmüller preia rolul de pionier pentru dezvoltarea acestor soluții, deoarece această tehnologie are un drum lung de parcurs către sectorul industrial.
Spiritul de pionier este în ADN-ul companiei. Weidmüller și invențiile sale au ajutat întotdeauna la modelarea sectorului electric și de conectică, acesta fiind și motivul pentru care compania s-a implicat în digitalizare și Industrie 4.0, chiar din stadiul incipient. Transformarea digitală se bazează pe IIoT, care permite schimbul continuu de date între toate componentele și dispozitivele. Astfel, de ceva vreme, Weidmüller a conștientizat direcția în care se îndreaptă lucrurile și, de asemenea, a înțeles cum poate compania să folosească experiența în conectica industrială pentru a ajuta la modelarea transformării digitale.
Experiența și expertiza
Pentru a promova dezvoltarea Single Pair Ethernet pentru aplicațiile industriale, mai multi experți din domeniul conectivității industriale și al automatizărilor, ca și cei din industria producătoare de cabluri, s-au reunit să dezvolte standarde aplicabile la nivel internațional, pentru acest tip de tehnologie.
Weidmüller a fost implicat încă de la început în acest parteneriat tehnologic, dorind să creeze baza de plecare pentru Single Pair Ethernet. Din acest motiv, a creat o rețea care include producători de senzori, cabluri, conectori plug-in, producători de echipamente de măsură, de produse finite și împreună, extrag competențele necesare dezvoltării SPE. Astfel, s-a creat o platformă care permite tuturor companiilor să facă schimb de informații. Experiența unei companii se poate dovedi a fi benefică, cum ar fi implementarea de noi produse. Scopul acestui parteneriat tehnologic fiind acela de a garanta o infrastructură coordonată pentru dispozitive, conectori, cabluri și tehnologii de măsurare.
Acest tip uniform și consistent de infrastructură se bazează pe standardizare la nivel internațional. Discutând despre o tehnologie atât de importantă, acest lucru implică o gamă foarte variată de organizații, cum ar fi IEEE. Pentru proiectul IEEE 802.3 cg, conectorii plug-in și proprietățile electrice ale acestora au fost definite prima dată de către cei de la agenția IEEE. Astfel toți conectorii pot fi folosiți, atâta timp cât respectă proprietățile electrice definite de către standard.
Conectorii pentru Single Pair Ethernet sunt definiți prin seria de standarde IEC 63171-X. Tipul de modelare al conectorului, dar și cerințele mecanice sunt definite și descrise în seriile subordonate standardului.
Conectorii SPE de tip plug-in, din portofoliul Weidmüller, sunt un exemplu al standardului IEC 63171-2 pentru mediul unde se cere grad de protecție IP-20 și al standardului IEC 63171-5 pentru mediul unde se cere IP67. Cei doi conectori pentru IP20 și IP67 sunt mutual compatibili.
Weidmüller are în plan să dezvolte o versiune de conector cu 4 poziții, acest lucru permițând cablarea a patru sisteme SPE prin intermediul unei singure interfețe cu forma compactă, carcasa fiind mai mică decât la modelul RJ45 convențional.
De asemenea, Weidmüller lucrează la soluții suplimentare pentru crearea unei infrastructuri pentru tehnologia SPE.
www.weidmueller.com/spe