Przesyłanie danych z urządzenia do innych urządzeń obiektowych
Ethernet jednoparowy (Single Pair Ethernet – SPE) to chwytliwa fraza z dziedziny infrastruktury sieciowej dla Przemysłowego Internetu Rzeczy (Industrial Internet of Things – IIoT). Użytkownicy mają nadzieję, że pozwoli im zaimplementować spójną architekturę komunikacyjną we wszystkich zastosowaniach, w których występują dane. Nadzieja ta ma źródło w koncepcji przedłużenia połączenia ethernetowego aż do poziomu czujnika, tj. wszędzie tam, gdzie brak jest szerokopasmowych połączeń, a użytkownicy potrzebują kompaktowych urządzeń do transmisji danych, zapewniających duży zasięg.
Przemysłowe sieci Ethernet są wykorzystywane w aplikacjach przemysłowych i oferują szereg korzyści wynikających z transmisji w czasie rzeczywistym, jakie te sieci zapewniają. Technologia jest jednak zbyt złożona, aby zastosować ją w prostych aplikacjach czujnikowych. – Na poziomie czujnika wciąż korzystamy z architektury magistrali (szyn). Obecnie chcemy stworzyć infrastrukturę komunikacyjną opartą na protokole IP, z jednolitym protokołem komunikacyjnym, rozciągającą się od czujnika do chmury – mówi Simon Seereiner, szef działu Product Management SAI & IE w firmie Weidmüller. Jest to możliwe dzięki Ethernetowi jednoprzewodowemu.
Dostosowywanie prędkości transmisji danych
SPE nie wymaga dużych prędkości transmisji danych i może mieć zasięg na dużych odległościach, przy jednoczesnym zachowaniu kompaktowych wymiarów urządzeń. Inaczej niż w Ethernecie kablowym, ta technologia łącznościowa wymaga jedynie jednej pary przewodów zamiast dwóch lub czterech par. Jest to możliwe dzięki rozwiązaniom opracowanym przez sektor motoryzacyjny, w którym oszczędność miejsca i wagi jest bardzo ważna. W tej branży konieczne jest posiadanie infrastruktury, która wymaga jak najmniejszej liczby przewodów przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej wydajności wymaganej 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
Aassociation już w roku 2012 – wyjaśnia szef działu Product Management SAI & IE w firmie Weidmüller.
Cyfryzacja oznacza, że te same kwestie stają się teraz istotne w sektorze przemysłowym: w miarę, jak coraz więcej czujników wymaga integrowania w maszynach i systemach, okablowanie musi być coraz bardziej kompaktowe i zaprojektowane do użytku przemysłowego. Ethernet jednoparowy to kluczowa technologia, która umożliwi implementację aplikacji IoT w przemyśle: prędkość transmisji 10 Mbit/s na odległość do 1000 m do 1 Gbit/s na odległość 40 m jest zupełnie wystarczająca nawet dla złożonych systemów czujnikowych. Ethernet umożliwia także ciągłą integrację w sieci skanerów i kamer monitorujących lub wykrywających rodzaj i położenie komponentów.
Transmisja danych i zasilanie w jednym
Technologia przesyłu energii Power over Data Line (PoDL) oznacza, że Ethernet jednoparowy może być także wykorzystany do zasilania podłączonych komponentów. Do interfejsu można dostarczyć do 60 W przy 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 – zaznacza Simon 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. Klasy 1–9 są już przypisane do technologii Power over Ethernet (PoE), toteż klasy dla PoDL zaczynają się od 10.
Asortyment produktów Weidmüller już w tej chwili obejmuje dwa złącza wtykowe dla technologii Ethernetu jednoprzewodowego – jeden typ o stopniu ochrony IP20 i jeden o stopniu ochrony IP67. Oba należą do typoszeregu spełniającego wymagania normy IEC 63171, definiującej złącza wtykowe w technologii Ethernetu jednoprzewodowego.
Dzięki wytrzymałemu mechanizmowi blokującemu (podobnemu do tego w złączu RJ45), potrzebnej do rozdzielenia złącza sile co najmniej 50 N oraz wytrzymałości dielektrycznej klasy przemysłowej wynoszącej 2,25 kV DC, nowe złącza wtykowe SPE mają idealne właściwości dla zastosowań przemysłowych. Wysoka gęstość oznacza, że w porównaniu do złączy wtykowych RJ45 w środowisku IP20 możliwe jest zaoszczędzenie do 50% przestrzeni. Ponadto złącza wtykowe SPE mogą być szybko i łatwo montowane na obiekcie i podłączane przy użyciu kabli z zakresu AWG 26 do AWG 22.
Weidmüller jest pionierem w omawianym obszarze, a opisywana technologia ma przed sobą długą drogę kariery 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, co pozwala na ciągłą wymianę danych między wszystkimi komponentami i urządzeniami. Firma Weidmüller jest świadoma kierunku zmian i możliwości wykorzystania przemysłowych systemów 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 tej 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 Simon Seereiner, nawiązując do tematu partnerstwa.
Współpraca pozwoliła stworzyć platformę, na której wszystkie zaangażowane firmy wymieniają się informacjami. – Doświadczenia innych firm mogą przynieść prawdziwe korzyści, takie jak wdrożenie nowych produktów – dodaje przedstawiciel firmy Weidmüller.
Celem 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 wiąże się 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 Ethernecie jednoprzewodowym 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 Weidmüller oferuje obecnie dwa wspomniane wcześniej rozwiązania złączy dla Ethernetu jednoprzewodowego. – Oba elementy współpracujące, tj. dla IP20 i IP67, są wzajemnie kompatybilne. 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 – zaznacza Simon Seereiner. To jednak nie wszystko. – Planujemy także wersję czterokomorową w uzupełnieniu do złączy pojedynczych – dodaje szef działu Product Management SAI & IE. Pozwoli to na okablowanie czterech systemów SPE przy użyciu jednego interfejsu i zapewni kompaktowość – obudowa jest mniejsza niż konwencjonalna obudowa RJ45. Firma Weidmüller pracuje także nad dodatkowymi rozwiązaniami tworzącymi infrastrukturę dla technologii SPE. Więcej informacji na stronach www.weidmuller.pl/spe i www.weidmueller.com/spe.
Weidmüller
ul. Ogrodowa 58
00-876 Warszawa
tel. 22 510 09 40
fax 22 510 09 41
e-mail: biuro@weidmuller.com.pl
www.weidmuller.pl
source: Automatyka 5-6/2020