Ethernet S Jedním Párem Způsobuje Revoluci V Průmyslové Komunikaci

Když Robert Metcalfe pokřtil svou vlastní síť v laboratořích Xerox v Palo Alto v sedmdesátých letech minulého století, kdy byly podél stropu vedeny kabely s tlustými rameny, pravděpodobně neměl tušení o významu této sítě LAN. Pojmenování však již ukazuje záměr: Termín Ethernet se vrací k pojmu ether, který byl vytvořen v 17. století, „všudypřítomné médium“, s nímž bylo šíření elektromagnetických vln vysvětleno jako světlo.

„Etherová deklarace“byla později vyřazena, Ethernet z Xerox, Intel a DEC byl vyvinut na otevřený standard, který tvořil základ pro současný standard IEEE 802.3.

Varianty Ethernet, původně navržené pro kancelářské prostředí s konektory RJ45, se nyní v průmyslové automatizaci používají pro průmyslovou automatizaci pro časově kritické aplikace, jako jsou vysokorychlostní stroje.

Senzory a akční členy jsou však obtížně implementovatelné, protože kancelářské konektory a kabely RJ45 jsou pro průmyslové prostředí jen velmi omezeně použitelné. Obvykle jsou zapouzdřeny nebo uzavřeny pro drsné podmínky prostředí, a proto vyžadují hodně prostoru. Naproti tomu vysoká rychlost přenosu dat v kancelářském prostředí hraje v průmyslu spíše malou roli. Důležité jsou dlouhé přenosové délky, jednoduchá manipulace a třídy ochrany IP.

Tato omezení tlačila úsilí o rozšíření průmyslového Ethernetu (čtyři zkroucené páry jsou standardní) s další fyzickou vrstvou, abych tak řekl, „dolů“. Vývoj v automobilovém průmyslu byl založen na krouceném páru měděných drátů: Single Pair Ethernet, zkrátka SPE. Výrobci automobilů specifikují návrh společnosti Broadcom (specifikace automobilu BroadR-Reach).

Single Pair Ethernet: Potenciál v průmyslu

V průmyslu má Ethernet s SPE potenciál uzavřít mezeru mezi úrovní řízení a úrovní pole, tj. Sítí senzor / akční člen. Nepřetržité ethernetové připojení až na nižší úroveň pole nabízí technické a ekonomické výhody: Kabely a konektory SPE jsou výrazně menší, lehčí a snáze se instalují. Nízké náklady na SPE skóre zejména u kompaktních I / O rozhraní.

V současné době lze dosáhnout přenosových rychlostí 10 Mbit / s (1 000 m) na 1 Gbit / s (40 m nebo 10 m). Je také možný časově synchronní, deterministický přenos dat, TSN (Time-Sensitive Networking). Je také výhodné, aby senzory (periferie) mohly být napájeny proudem / napětím s výkony až 50 W prostřednictvím stejného páru vodičů (Power over Data Line - PoDL, vyslovovaný „pudl“).

Konzistentní síťování na všech úrovních

SPE tak umožňuje důsledné inteligentní, škálovatelné deterministické vytváření sítí aplikací na všech úrovních. Různé společnosti již vyvíjejí produkty (kabely, konektory, přepínače, I / O moduly atd.), Které implementují současné a budoucí standardy SPE. Aby byla zajištěna kompatibilita mezi proprietárními zařízeními, kabely a konektory různých výrobců, prosazovali zúčastnění mezinárodní standardizace, zejména Harting. Kromě toho by odvětví polovodičů mělo být motivováno k vývoji nových čipových sad PHY. Analog Devices, například, nyní to udělal s Chronous série.

Standardizace prostřednictvím IEEE, ISO / IEC a TIA

Před časem pověřila komise IEEE802.3 ISO / IEC JTC 1 / SC 25 WG 3 a TIA, aby navrhly a standardizovaly konektory. Výběrového řízení se zúčastnilo mnoho známých výrobců a orgánů.

IEEE802.3 definuje aplikační a přenosový kanál. ISO / IEC JTC 1 SC25 WG3 popisuje požadavky na přenos a parametry pasivních kabelážních struktur v průmyslu, budovách, inteligentních domech a datových centrech. Elektrické a mechanické parametry definují IEC SC 48B (konektor) a IEC SC 46C (kabel). Aktuální verze dokumentu popisuje možné konektory, které lze použít na MDI (Medium Dependent Interface). Tyto konektory SPE jsou popsány v normě IEC 63171-X. Liší se z hlediska protilehlé plochy, rozměrů a mechanických vlastností.

V IEEE 802.3cg (SPE 10 Mbit / s, 1000 m) jsou elektrické vlastnosti konektorů vysvětleny poprvé pod bodem MDI. Kromě terminálů jsou konektory podle IEC 63171-1 (styl LC) a IEC 63171-6 (průmyslový styl T1) označovány jako MDI.

IEC 63171: Základní standard pro konektory SPE

Návrhy na konektory testované normalizačními orgány ISO / IEC na začátku roku 2018 musely splňovat základní požadavky, které jsou definovány v základním standardním konektoru SPE IEC 63171 „Obecné požadavky a zkoušky“. Od 23. ledna 2020 byla publikována a dostupná IEC 63171-6, první standard pro průmyslové spárovací plochy SPE. Standardizační práce však ještě nebyla dokončena.

V současné době toto téma hodnotí organizace uživatelů, jako jsou PI (PROFIBUS a PROFINET International) a ODVA.

První návrh konektorů SPE pro průmyslové a průmyslové aplikace je založen na protějšku Harting (vývoj byl zahájen v roce 2014), který byl předložen SC48B v roce 2016 a zveřejněn jako IEC 61076-3-125 až do stavu CD (návrh výboru pro připomínky) byl. Následovaly CommScope (IEC 63171-1) a Reichle & De Massari (IEC 63171-2) pro aplikace M ₁ I ₁ C ₁ E ₁ (stavební kabeláž).

IEC 61076-3-125 byl aktualizován ve spolupráci s TE Connectivity na IEC 63171-6 pro aplikace M ₂ I ₂ C ₂ E ₂ a M ₃ I ₃ C ₃ E ₃ a bude zveřejněn 23. ledna 2020 jako standard byl. V průmyslových aplikacích se také pracuje v IEC 63171-5 pro aplikace M ₂ I ₂ C ₂ E ₂ a M ₃ I ₃ C ₃ E ₃, na základě čela konektoru od společnosti Phoenix Contact (stav CD), vydání normy je plánováno na květen 2020.

Technická řešení v praxi

V praxi to vypadá, že dvě konsorcia chtějí pokročilá technická řešení. Na jedné straně se jedná o „průmyslovou partnerskou síť SPE“, která kromě zakládajících členů Harting, TE Connectivity, Hirose, Würth Elektronik, Leoni, Murrelektronik a Softing IT Networks nyní zahrnuje dalších 9 partnerů, kteří budou v nejbližší době vyhlášeni. Na druhé straně existuje „technologický klastr SPE“, který se skládá z Phoenix Contact, Weidmüller, Reichle & De Massari, Telegärtner, Belden, Rosenberger a Fluke Networks.

Partnerská síť SPE obhajuje průmyslové rozhraní T1 definované standardy ISO / IEC JTC 1 / SC 25 / WG 3 a TIA42 v roce 2018 podle IEC 63171-6 jako jednotné rozhraní závislé na médiích (MDI). Pro spolehlivé vytvoření celého budoucího ekosystému SPE budou také sdíleny standardy pro přenosové protokoly, kabeláž a komponenty zařízení.

Technologický klastr SPE podporuje zásuvné plochy IEC 63171-2 (kancelářské prostředí) a IEC 63171-5 (průmyslové prostředí) od společnosti Phoenix Contact, které jsou součástí standardizace. Definují IP20 a IP65 / 67 plug-in plochy pro přenos jednoho a čtyř párů přes SPE s cílem zajistit koordinovanou infrastrukturu pro zařízení, konektory, kabely a měřicí technologii.

Jeden pár Ethernet: co bude dál?

Stejně jako klasický Ethernet není ani jeden pár Ethernet statickou technologií, ale neustále se vyvíjí. Uživatel se může těšit na řadu vylepšení. Jedno je jisté: SPE otevírá velké množství nových aplikačních možností pro strukturovanou kabeláž v automobilovém průmyslu, v průmyslových aplikacích a aplikacích pro řízení procesů, ale také v kancelářských prostředích a datových centrech. Belden [3] poskytuje časový horizont pro nadcházející vývoj: Automobilový trh otevřel SPE od roku 2015. Očekává se, že procesní průmysl bude následovat v roce 2022; doprava 2025; Robotika a automatizace výroby v roce 2025 a automatizace budov v roce 2028.

Trh SPE v průmyslu je v současné době definován standardy, vývojem produktů a partnerství. Partnerská síť SPE má první standard. První valná hromada se bude konat na veletrhu v Hannoveru, pro tento rok jsou naplánovány technické dny.

Weidmüller a Phoenix Contact představili první prototypy PLC (založené na IEC 63171-5), které jsou 0,5krát menší než RJ45 (IP20 nebo IP67, dielektrická pevnost 2,25 kV). Na veletrhu v Hannoveru bude následovat kompletní řada připojení senzorů M8 ve třídě ochrany IP20.

Tento článek se poprvé objevil na našem partnerském portálu Elektronikpraxis.de.

pověření

[1] Dokument white paper Single Pair Ethernet od společnosti Harting

[2] Whitepaper Single Pair Ethernet od společnosti Weidmüller

[3] Whitepaper Single Pair Ethernet od společnosti Belden

Soubory článků a odkazy na články

Odkaz: Tento článek byl poprvé publikován ve speciálním vydání Elektromechanika I ELEKTRONIKPRAXIS (Stáhnout PDF).