Ethernet jednoparowy zapewnia możliwość spójnego łączenia systemów – od chmury obliczeniowej aż do pojedynczych czujników

Przemysłowe sieci Ethernet są wykorzystywane w aplikacjach przemysłowych i zapewniają tam szereg korzyści wynikających z transmisji w czasie rzeczywistym. Technologia jest jednak zbyt złożona, aby zastosować ją w prostych aplikacjach czujnikowych. "Na poziomie czujnika wciąż korzystamy z magistrali fieldbus. Tymczasem chcemy stworzyć infrastrukturę komunikacyjną opartą na protokole IP, z jednolitym protokołem komunikacyjnym, rozciągającą się od czujnika do chmury" – wyjaśnia Simon Seereiner, szef działu Product Management SAI & IE w firmie Weidmüller.

DOSTOSOWYWANIE PRĘDKOŚCI TRANSMISJI DANYCH

Staje się to możliwe dzięki Ethernetowi jednoprzewodowemu. SPE nie wymaga dużych prędkości transmisji danych i może sięgać na duże odległości przy jednoczesnym zachowaniu kompaktowych wymiarów złączy. Inaczej niż w przypadku Ethernetu kablowego, technologia ta wymaga jedynie jednej pary przewodów zamiast dwóch lub czterech par. Jest to możliwe dzięki rozwiązaniom opracowanym przez sektor motoryzacyjny, w którym oszczędność miejsca i ciężaru połączeń jest bardzo ważna. W tym przypadku konieczne jest posiadanie infrastruktury, która wymaga jak najmniejszej liczby przewodów, ale która jest w stanie zapewnić wysoką wydajność wymaganą z uwagi na coraz bardziej autonomiczny charakter prowadzenia pojazdów. "To powód, dla którego firmy konstruujące samochody zaczęły opracowywać protokół dla Ethernetu jednoprzewodowego we współpracy z IEEE Standards Association już w roku 2012".

Cyfryzacja oznacza, że te same kwestie stają się teraz istotne w sektorze przemysłowym. Wraz z tym, jak coraz więcej czujników wymaga integrowania w maszynach i systemach, okablowanie musi być kompaktowe i zaprojektowane do użytku przemysłowego. Ethernet jednoparowy stanowi kluczową technologię, która umożliwi implementację aplikacji IoT w sektorach przemysłowych – prędkości transmisji 10 Mb/s na odległość do 1000 metrów aż do 1 Gb/s na odległość 40 m są zupełnie wystarczające nawet dla złożonych systemów czujnikowych. Ethernet zapewnia także możliwość ciągłej integracji w sieci skanerów i kamer monitorujących lub wykrywających rodzaj i położenie komponentów.

WSPÓLNA TRANSMISJA DANYCH I ZASILANIE URZĄDZEŃ

Technologia przesyłu energii Power over Data Line (PoDL) oznacza, że Ethernet jednoparowy może być także wykorzystany do zasilania podłączonych komponentów. Interfejsem można zasilać urządzenia o mocy do 60 W przy jednoczesnej transmisji danych z prędkością 100 Mbit/s. "Umożliwia to zasilanie czujnika i transmisję danych z użyciem tylko jednego kabla z dwoma przewodami. Cała instalacja jest jednocześnie mała i kompaktowa" – wyjaśnia Seereiner. Dodatkowy kabel zasilający nie jest konieczny, co jest korzystne, gdy mamy do czynienia z ograniczoną przestrzenią.

Zasilanie i jednoczesna transmisja danych są określone w stosownych normach. W tym celu IEEE zdefiniowało klasyfikację dla różnych klas mocy. Ponieważ klasy 1-9 są już przypisane do technologii Power over Ethernet (PoE), klasy dla PoDL zaczynają się od klasy 10.

Asortyment produktów firmy Weidmüller już w tej chwili obejmuje dwa złącza wtykowe dla technologii Ethernetu jednoprzewodowego – jeden typ o stopniu ochrony IP20 i jeden o IP67. Oba typy należą do typoszeregu spełniającego normę IEC 63171, definiującą złącza wtykowe w technologii Ethernetu jednoprzewodowego. Dzięki wytrzymałemu mechanizmowi blokującemu, podobnemu do tego ze złącza RJ45, potrzebnej do rozdzielenia złącza sile co najmniej 50 N oraz wytrzymałości dielektrycznej klasy przemysłowej wynoszącej 2,25 kVDC, nowe złącza wtykowe SPE mają idealne właściwości dla zastosowań przemysłowych. Wysoka gęstość oznacza, że w porównaniu do złączy wtykowych RJ-45 w środowisku IP20 możliwe jest zaoszczędzenie do 50% przestrzeni. Ponadto, złącza wtykowe SPE mogą być szybko i łatwo montowane na obiekcie i mogą być podłączane przy użyciu kabli z zakresu AWG 26 do AWG 22.

Firma Weidmüller jest pionierem w omawianym obszarze, ponieważ technologia ta ma przed sobą długą drogę w sektorze przemysłowym. Ten pionierski duch jest zakodowany w DNA firmy. Firma Weidmüller i jej wynalazki zawsze pomagały kształtować sektor połączeń elektrycznych i komunikacji między urządzeniami, dlatego firma włączyła się w rozwój Przemysłu 4.0 i digitalizacji na bardzo wczesnym etapie. Cyfrowa transformacja jest oparta na IIoT, który pozwala na ciągłą wymianę danych pomiędzy wszystkimi komponentami i urządzeniami. Firma Weidmüller jest więc świadoma kierunku zmian już od jakiegoś czasu i rozumie także, jak można wykorzystać przemysłowe systemy łączności do kształtowania transformacji cyfrowej.

ŁĄCZENIE DOŚWIADCZENIA I EKSPERCKIEJ WIEDZY

Dla promowania rozwoju Ethernetu jednoprzewodowego w zastosowaniach przemysłowych wielu ekspertów z obszarów technologii złączy wtykowych, systemów łączności i technologii automatyki, jak również branży kablowej, zebrało się, aby opracować międzynarodowe normy dla tej technologii.

Firma Weidmüller również od samego początku brała udział w takiej współpracy technicznej. "Chcemy stworzyć jak najszerszą podstawę dla Ethernetu jednoprzewodowego, dlatego nasza sieć obejmuje producentów czujników, kabli, złączy wtykowych, urządzeń pomiarowych i układów scalonych, jak również producentów urządzeń końcowych. Wszyscy oni pracują wspólnie, aby połączyć swoje kwalifikacje" – mówi Seereiner w nawiązaniu do partnerstwa.

Współpraca ta pozwoliła stworzyć platformę, na której wszystkie zaangażowane firmy wymieniają się informacjami. "Doświadczenia innych firm mogą przynieść prawdziwe korzyści, takie jak wdrożenie nowych produktów" – dodaje. Celem tego partnerstwa technologicznego jest zagwarantowanie stworzenia jednolitej infrastruktury dla urządzeń, złączy wtykowych, kabli i technologii pomiarowej.

Ten rodzaj jednolitej i spójnej infrastruktury jest oparty na międzynarodowej normalizacji. W przypadku technologii o takim znaczeniu związane jest to z zaangażowaniem bardzo wielu organizacji, takich jak IEEE. W przypadku projektu IEEE 802.3 cg po raz pierwszy w środowisku IEEE zdefiniowano złącza wtykowe i ich właściwości elektryczne. Wykorzystywane mogą być także wszystkie złącza wtykowe, jeżeli ich właściwości elektryczne spełniają wymagania określone w normie.

Złącza wykorzystywane w ramach Ethernetu jednoprzewodowego zostały zdefiniowane w normach serii IEC 63171-X. Budowa części współpracujących oraz wymagania mechaniczne dotyczące złączy zostały opisane w normach podporządkowanych. Złącza wtykowe SPE firmy Weidmüller stanowią przykłady wariacji IEC 63171-2 dla środowiska IP20 i IEC 63171-5 dla środowiska IP67.

Firma prezentuje obecnie dwa rozwiązania złączy dla Ethernetu jednoprzewodowego. "Obydwa elementy, tj. dla IP20 i IP67, są kompatybilne ze sobą. Jest to szczególnie korzystne w przypadku obszaru technologii pomiarów obiektowych, gdzie użytkownicy mogą łatwo łączyć urządzenia z interfejsami IP67 używając złącza pomiarowego IP20 i odwrotnie" – wskazuje Seereiner. A to nie wszystko: "Planujemy także wersję czterokomorową w uzupełnieniu do złączy pojedynczych". Pozwoli to na okablowanie czterech systemów SPE z użyciem jednego interfejsu i zapewni kompaktowość: obudowa jest mniejsza niż konwencjonalna obudowa RJ45. Firma Weidmüller pracuje także nad dodatkowymi rozwiązaniami tworzącymi infrastrukturę dla technologii SPE.

Weidmüller
www.weidmuller.pl/spe