Připojená zařízení s pokročilými snímacími a řídicími funkcemi jsou stále běžnější v průmyslových aplikacích, což dává vzniknout konceptu průmyslového propojení během jejich propojení. Ať už je to kabelové nebo bezdrátové, zvýšení efektivity automatizace se stalo nejvyšší prioritou. Vysoká hustota snímacích a řídicích zařízení přirozeně vede ke zvýšenému propojení. Přestože průmyslové bezdrátové sítě mohou do určité míry řešit některé problémy spojené s propojením, obvykle vyžadují určitou formu fyzického připojení a bezdrátové sítě nejsou vhodné pro všechna průmyslová prostředí.
Rise of Single{0}}Pair Ethernet (SPE) v průmyslových scénářích
Ve výše uvedeném propojení může ethernetové připojení vyžadovat více vodičů pro rychlý 100 Mbps Ethernet nebo dokonce Gbps Ethernet. Nevýhody, jako je složitost, vysoká cena a neschopnost zajistit včasnou výměnu informací shromážděných senzory, nesplňují očekávání průmyslového propojení.
Jednopárová technologie Ethernet je technologie připojení, která může dosáhnout rychlosti 1 Gb/s na krátké vzdálenosti a umožňuje obousměrnou komunikaci. Zpočátku byla tato spojovací technologie široce používána v automobilových aplikacích. Podle přenosového standardu IEEE 802.3 byla do vozidel nové generace integrována jednopárová ethernetová technologie-, která nahradila CAN a další sběrnicové systémy. Tato technologie dokáže sjednotit ovládání, komunikaci a různé bezpečnostní funkce pro provoz přes Ethernet, což přesně odpovídá potřebám propojení průmyslové automatizace.
Nejpřímějším hnacím faktorem pro zavádění single-párového Ethernetu v průmyslových scénářích je uspokojení poptávky po efektivní obousměrné komunikaci v aplikacích. Rychlost připojení 1 Gb/s umožňuje-bezpečná připojení v reálném čase ze zařízení k infrastruktuře a ze zařízení do cloudu. Kromě nákladů a snadného použití je vysoce atraktivní také vylepšení analýzy dat senzoru a zrychlení chybové odezvy samotné.
Jaké jsou výhody single-párového Ethernetu?
Zaprvé, není třeba porovnávat jednopárový Ethernet s bezdrátovými připojeními, která v průmyslových situacích postrádají univerzálnost. Ve srovnání s jinými kabelovými připojeními poskytuje jeden-pár Ethernet Power over Data Line (PoDL) ve stejném kompaktním rozhraní, přičemž k přenosu dat i napájení používá pouze dva kabely. Tradiční drátové připojení používá čtyři kabely. Méně kabelů znamená nižší náklady a větší volnost pro mechanická zařízení. Z kritičtějšího hlediska znamená snížení obsahu mědi (Cu) v kabelech také dosažení rychlejšího přenosu s menší energií? V tomto ohledu je analýza nákladů-přínosů jednopárového-ethernetu nepochybně příznivá.
Technologie SPE, Aliance SPE
Jak již bylo zmíněno, jeden-párový Ethernet může dosáhnout rychlosti 1 Gb/s na krátké vzdálenosti, s délkou kabelu až 1000 metrů při přenosové rychlosti 10 MB/s, s využitím šířky pásma 600 MHz pro datovou komunikaci. Jeho komunikační výhody jsou zřejmé a není třeba je dále rozvádět. Za zmínku stojí, že jeden terminál jednoho-párového ethernetového připojení se používá pro přenos dat 1 Gbps/600 MHz a druhý podporuje přenos energie s proudem až 8A. Toto smíšené připojení dat a napájení musí být fyzicky stíněné a oddělené, aby se zabránilo rušení mezi napájecími a datovými signály.
Celkově tato technologie snižuje celkovou velikost konektorů a minimalizuje pracovní zátěž na mnoha terminálech. Jeden-párový Ethernet snižuje Ethernet na úroveň senzorů-akčních členů a přímo propojuje senzory a akční členy s automatizačními systémy nebo cloudem, čímž poskytuje významnou podporu průmyslovému propojení.
PoDL Challenge of Single{0}}Pair Ethernet
Dřívější zmínka o Power over Data Line (PoDL) v kompaktních rozhraních také řeší neefektivnost přenosu energie na dlouhé{0}}vzdálenosti. V současné době mohou standardní jedno{2}}párová ethernetová datová připojení dosahovat výkonu 50 W a smíšená{4}}datová připojení{4} mohou dodávat až 400 W při 48 V. Zde vyvstává problém: vysoké úrovně výkonu mohou způsobit, že se PoDL bude odchylovat od standardů. Většina elektrických zařízení dokáže akceptovat 10% pokles napětí, zatímco PoDL umožňuje maximálně 20%. Při testech napájení na kabelových svazcích PoDL může délka kabelu 40 metrů za těchto podmínek přiblížit výkon 200 W, a když je kabel kratší než 20 metrů, vysoký výkon dosáhne 400 W. Aby se zabránilo odchylkám PoDL od standardů, tato maximální hodnota se obvykle nepoužívá.
Použití PoDL kombinuje datové a napájecí kabely do stejného vodiče. Ačkoli toto nastavení umožňuje současný přenos dat a napájení, má nevýhodu: klade přísné požadavky na šum a rychlost změny úrovní výkonu, protože jinak bude ovlivněn přenos dat. Proto je použití dobrých filtračních obvodů k potlačení takového šumu zvláště důležité v průmyslovém prostředí, zejména pro šum generovaný v nižším megahertzovém rozsahu (viz obrázek níže).
Shrnutí
Jeden-párový Ethernet představuje příležitost pro standardizaci protokolů v celé průmyslové síti. Proč? Vzhledem k obrovskému počtu senzorů a akčních členů v průmyslových zařízeních, zatímco Ethernet je standardem pro mnoho průmyslových sítí, je průmyslová realita plná různých systémů a množství tradičních bran. Role jednopárového ethernetu při propojování ethernetu s jinými systémy přitáhla více pozornosti v oboru než samotné jeho výkonnostní výhody.