Transmisja sygnałów Ethernet i zasilania na bazie pojedynczej pary przewodów

Komunikacja Ethernet z przesyłaniem danych i zasilania po tym samym kablu wraz z równoczesnym ograniczaniu średnicy kabli i złączy stanowi obecnie jedno z większych wyzwań stojących przez automatyką przemysłową. W opracowywanie nowych standardów zaangażowana jest również firma HARTING, rozwijająca projekt złączy Single Pair Ethernet (SPE) z pojedynczą parą przewodów.

Wszystkie właściwe komitety normalizacyjne optują obecnie za projektem SPE zaprezentowanym przez Harting. Wykorzystywany jest tu protokół IEEE802.3 i okablowanie zgodne z ISO/IEC JTC 1/SC 25 i TIA 42. Czynnikiem decydującym o szerokim zastosowaniu technologii SPE jest kompatybilność urządzeń, kabli i złączy.

Zapewnia to międzynarodowa standaryzacja (ISO/IEC i IEEE 802.3). Na początku 2018 roku zainicjowany został międzynarodowy proces selekcji ISO/IEC dla okablowania i projektu standaryzowanych złączy SPE. TIA zainicjowała podobny proces w lecie 2018, a w listopadzie 2018 ogłoszono finalną decyzję IEEE.

Wszystkie trzy organizacje doszły do podobnych wniosków:

• dla okablowania budynków wybrano standard IEC 63171-1 ze złączem zaproponowanym przez CommScope, znanym pod synonimem Variant 1 (LC style) dla środowisk M1I1C1E1,
• dla zastosowań przemysłowych wybrano standard IEC 61076-3-125 ze złączem zaproponowanym przez firmę HARTING, specjalnie zaprojektowanym dla środowisk M3I3C3E3, znanym jako Variant 2 (industrial style). Ten rodzaj złącza SPE pozwala na osiągnięcie szybkości transmisji 1 Gbps na krótszych dystansach oraz 10 Mbps na dłuższych dystansach (1000 m i więcej) i zapewnia stopień ochrony od IP20 do IP65/67.

Przed systemami automatyki staje obecnie wyzwanie konstruowania coraz mniejszych i szybszych urządzeń. Pomimo dużej szybkości transmisji i możliwości równoległego przesyłania zasilania, oczekuje się, że elementy okablowania będą coraz mniejsze i lżejsze. Nowa technologia Single Pair Ethernet, bazująca na standardach transmisji IEEE 802.3bp i 802.3cg, umożliwia przesyłanie transmisji danych przez Ethernet z wykorzystaniem pojedynczej pary przewodów oraz równoczesnego przesyłania zasilania do urządzeń końcowych w standardzie PoDL (Power over Data Line).

Wcześniej do transmisji danych w trybie Fast Ethernet (100 Mbps) i Gigabit Ethernet niezbędne były odpowiednio 2 i 4 pary przewodów. Obecnie dąży się do wykorzystania połączeń SPE również w automatyce przemysłowej, co umożliwi doprowadzenie komunikacji IP nawet do poszczególnych czujników i siłowników.

Wyposażenie prostych czujników, kamer i urządzeń identyfikacyjnych w interfejsy Ethernet ułatwi ich parametryzację, inicjalizację i programowanie. Wszystkie elementy systemu automatyki będą mogły być monitorowane i kontrolowane zdalnie, przez co procesy konstruowania, sterowania pracą i utrzymania staną się efektywniejsze i tańsze.