Propojená zařízení s pokročilými funkcemi snímání a ovládání se v průmyslových aplikacích prokazatelně stávají stále běžnějšími a v procesu propojování těchto zařízení se začíná prosazovat koncept průmyslové propojitelnosti. Bezdrátové nebo kabelové připojení, zvýšení efektivity automatizace se stalo hlavní prioritou. Vysoká hustota snímacích a řídicích zařízení přirozeně vede ke zvýšení vzájemné konektivity a je nepopiratelné, že zatímco průmyslové bezdrátové sítě mohou do určité míry řešit některé problémy spojené s propojením, průmyslové bezdrátové sítě obvykle vyžadují určitý typ fyzického připojení a bezdrátové sítě nejsou vhodné pro všechna průmyslová prostředí.
Single{0}}Pair Ethernet (SPE) na vzestupu v průmyslových scénářích
Ve výše popsaných propojeních může ethernetové připojení vyžadovat více drátů pro rychlý 100 Mbps Ethernet nebo dokonce Gbps Ethernet dráty. Složitost, vysoké náklady a nezajištění včasné výměny informací shromážděných senzory jsou všechny nevýhody, které nesplňují očekávání průmyslových propojení.
Single{0}}Párový Ethernet je technologie, která umožňuje připojení rychlostí až 1 Gb/s na krátké vzdálenosti a obousměrnou komunikaci. Jednopárový ethernet, který byl původně široce používán v automobilech, byl integrován do nových generací vozidel a nahradil CAN a další sběrnicové systémy v souladu s přenosovým standardem IEEE 802.3. Technologie umožňuje centralizovat a ovládat řídicí, komunikační a různé další bezpečnostní funkce přes Ethernet, což je přesně to, co je potřeba pro propojení průmyslové automatizace.
Nejokamžitějším hnacím motorem pro zavedení jedno{0}}párového Ethernetu v průmyslových scénářích je splnění požadavků aplikace na efektivní obousměrnou komunikaci- s rychlostí připojení 1 Gb/s umožňující obousměrnou-komunikaci v reálném-čase, zabezpečené zařízení-k-infrastruktuře a připojení zařízení-do-cloudu. Nemluvě o ceně a snadnosti{10}}použití{11}}jednotlivých{12}}párových funkcí Ethernetu, jeho vylepšená analytika pro snímaná data a rychlejší doba odezvy na chybná připojení jsou dostatečně atraktivní.
Jaké jsou výhody-jednopárového Ethernetu?
Zaprvé, není třeba porovnávat jednopárový ethernet s bezdrátovými připojeními, která nejsou univerzálně použitelná v průmyslových scénářích. Ve srovnání s jinými kabelovými připojeními poskytuje jednopárový ethernet napájení přes datové linky (PoDL) ve stejném kompaktním rozhraní, které umožňuje přenos dat i napájení pouze pomocí dvou kabelů. Tradiční kabelová připojení jsou čtyři kabely a méně kabelů znamená nižší náklady a větší svobodu pro mechanické zařízení. Z obtížnějšího hlediska znamená snížení obsahu Cu v kabelu také to, že lze použít méně energie k dosažení rychlejšího přenosu. V tomto případě nejsou náklady v žádném případě špatné.
Jak bylo zmíněno výše, jednopárový Ethernet je schopen dosáhnout rychlosti připojení 1 Gb/s na krátké vzdálenosti, s délkou kabelu až 1 000 metrů, přenosovou rychlostí 10 MB/s a šířkou pásma 600 MHz pro datovou komunikaci. Komunikační výhody jsou zřejmé a není třeba je dále rozvádět. Co nás znepokojuje, je, že jeden z terminálů jednopárového ethernetového připojení se používá pro přenos dat rychlostí 1 Gbps/600 MHz, zatímco druhý podporuje přenos energie při proudech až 8A. Toto směšování dat a napájení musí být odděleno kovovým stíněním, aby se zabránilo rušení mezi napájecím a datovým signálem.
Celkově tato technologie zmenšuje celkovou velikost konektoru a snižuje pracovní zatížení mnoha terminálů. Jeden-párový Ethernet snižuje Ethernet na úroveň akčního členu senzoru a připojuje akční člen senzoru přímo k automatizačnímu systému nebo ke cloudu, což je skvělá pomoc pro průmyslová propojení.
Problémy PoDL s jedním-párovým Ethernetem
Power over Data Line (PoDL) v kompaktních rozhraních byla zmíněna výše a další úlohou PoDL je zlepšit neefektivnost přenosu energie na dlouhé vzdálenosti. Současné standardní jednopárové ethernetové datové připojení je schopno dosahovat až 50 W. Hybridní datová připojení s napájením mohou dosahovat až 400 W při 48 V. Zde vzniká problém v tom, že vysoké úrovně výkonu mohou způsobit odchylku PoDL od standardu. U naprosté většiny elektrických zařízení je přijatelný úbytek napětí 10 %, u PoDL může tato hodnota dosahovat až 20 %. Při výkonových testech prováděných na kabelových svazcích PoDL vede v tomto případě délka kabelu 40 metrů k výkonu blízkému 200 W. Když je kabel menší než 20 metrů, vysoké úrovně výkonu dosahují 400 W. Aby se PoDL neodchýlilo od standardu, tato maximální hodnota se obvykle nepoužívá.
Použití PoDL umožní kombinovat datové a napájecí svazky na stejném kabelu. Toto nastavení zajišťuje současné dodávání dat a napájení, má však nevýhodu v tom, že má přísné požadavky na rychlost změny úrovně šumu a výkonu, které by jinak rušily přenos dat. Je proto zvláště důležité používat dobré filtrační obvody v průmyslovém prostředí k potlačení tohoto šumu, zvláště když je generován v nižším rozsahu megahertzů.
Testování hluku
Shrnutí
Jeden-párový Ethernet poskytuje příležitost ke standardizaci protokolů napříč průmyslovými sítěmi. Proč? Vezmeme-li v úvahu obrovský počet senzorů a akčních členů v průmyslovém zařízení, zatímco Ethernet je standardem pro mnoho průmyslových sítí, v reálném světě průmyslových scénářů existuje mnoho systémů a řada starších bran, které jsou příliš početné, než aby je bylo možné spočítat. Role jednoho-páru Ethernetu při překlenutí propasti mezi Ethernetem a ostatními systémy všeho druhu je to, o co se průmysl zajímá více než jen o jeho výkonnostní výhody.