Üksikpaari Ethernet Paneb Tööstusliku Kommunikatsiooni Murranguliseks

2023 Autor: Hannah Pearcy | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-11-26 11:41

Kui Robert Metcalfe ristis 1970-ndatel Palo Altos asuvas Xerox Labs'is oma patenteeritud võrgu käepaksude kaablitega, mis kulgesid laest, polnud tal tõenäoliselt aimugi selle LAN-võrgu tähtsusest. Kuid nimetamine näitab juba kavatsust: Mõiste Ethernet ulatub tagasi terminisse eeter, mis loodi 17. sajandil - "kõikjal esinevaks meediumiks", millega elektromagnetiliste lainete levikut selgitati nagu valgust.

"Eetri deklaratsioon" lükati hiljem tagasi, Xeroxi, Inteli ja DECi Ethernet arendati avatud standardiks, mis oli aluseks praegusele IEEE 802.3 standardile.

Algselt RJ45-pistikutega kontorikeskkonda mõeldud Etherneti variante üldnimetuse Industrial Ethernet all kasutatakse nüüd tööstusautomaatikas ajakriitiliste rakenduste, näiteks kiirete masinate jaoks.

Andureid ja täiturmehhanisme on siin aga keeruline rakendada, kuna kontoris kasutatavad RJ45 pistikud ja kaablid sobivad tööstuskeskkonda vaid piiratud määral. Tavaliselt on need karmide keskkonnatingimuste jaoks kapseldatud või suletud ja nõuavad seetõttu palju ruumi. Seevastu kõrgetel andmeedastuskiirustel nagu kontorikeskkonnas on tööstuses üsna väike roll. Tähtsad on pikad ülekandepikkused, lihtne käsitsemine ja IP-kaitse klassid.

Need piirtingimused tõukasid pingutusi Industrial Etherneti laiendamiseks (neli keerdpaari on standardsed) täiendava füüsilise kihi abil, niiöelda "allapoole". Autotööstuse areng põhines vasktraadi keerutatud paaril: Single Pair Ethernet, lühidalt SPE. Autotootjad täpsustavad Broadcomi ettepanekut (mootorsõidukite spetsifikatsioon BroadR-Reach).

Single Pher Ethernet: potentsiaal tööstuses

Tööstuses on SPE-ga Ethernetil võimalik sulgeda tühimik juhtimistaseme ja väljataseme vahel, st anduri / ajami võrkude vahel. Pidev Etherneti ühendus madalamale välja tasemele pakub tehnilisi ja majanduslikke eeliseid: SPE kaablid ja pistikud on märkimisväärselt väiksemad, kergemad ja hõlpsamini paigaldatavad. Odava SPE hinded on eriti kompaktsed I / O-liidesed.

Ülekandekiirused 10 Mbit / s (1000 m) kuni 1 Gbit / s (40 m või 10 m) on praegu teostatavad. Võimalik on ka ajasünkroonne ja deterministlik andmete edastamine, TSN (Time-Sensitive Networking). Samuti on soodne, et andureid (perifeeriat) saab sama juhtmepaari kaudu toita voolu / pingega kuni 50 W (Power over Data Line - PoDL, hääldatakse “puudel”).

Järjepidev võrkude loomine kõigil tasanditel

SPE võimaldab seega rakenduse järjepidevat intelligentset, skaleeritavat deterministlikku võrgustamist kõigil tasanditel. Mitmed ettevõtted töötavad juba välja tooteid (kaablid, pistikud, lülitid, sisend- / väljundmoodulid jne), mis rakendavad praegusi ja tulevasi SPE-standardeid. Erinevate tootjate omandusseadmete, kaablite ja pistikute ühilduvuse tagamiseks tegid asjaosalised rahvusvahelise standardimise, eriti Hartingi, standardi. Lisaks sellele peaks pooljuhtide tööstust motiveerima uute PHY kiibistike väljatöötamiseks. Näiteks analoogseadmed on seda nüüd teinud Kroonilise sarjaga.

Standardimine IEEE, ISO / IEC ja TIA kaudu

Mõni aeg tagasi tellis IEEE802.3 komisjon ISO / IEC JTC 1 / SC 25 WG 3 ja TIA pistikute kavandamiseks ja standardimiseks. Valimisprotsessis osales arvukalt tuntud tootjaid ja asutusi.

IEEE802.3 määratleb rakenduse ja edastuskanali. ISO / IEC JTC 1 SC25 WG3 kirjeldab edastusvajadust ja passiivsete kaabeldusstruktuuride parameetreid tööstuses, hoonetes, nutikodudes ja andmekeskustes. Elektrilised ja mehaanilised parameetrid määravad IEC SC 48B (pistikühendus) ja IEC SC 46C (kaabel). Dokumendi praegune versioon kirjeldab võimalikke konnektoreid, mida saab MDI-l (keskmise sõltuvusega liides) kasutada. Neid SPE-pistikuid on kirjeldatud IEC 63171-X standardite seerias. Need erinevad paarituspinna, mõõtmete ja mehaaniliste omaduste poolest.

IEEE 802.3cg (SPE 10 Mbit / s, 1000 m) selgitab esimest korda punkti MDI all olevate pistikute elektrilisi omadusi. Lisaks klemmidele nimetatakse MDI-deks IEC 63171-1 (LC stiil) ja IEC 63171-6 (T1 tööstusstiil) kohaseid pistikuid.

IEC 63171: SPE-pistikute põhistandard

ISO / IEC standardimisorganite poolt 2018. aasta alguses testitud pistikühenduste ettepanekud pidid vastama põhinõuetele, mis on määratletud põhistandardi SPE konnektoriga IEC 63171 "Üldised nõuded ja test". Alates 23. jaanuarist 2020 on avaldatud ja saadaval IEC 63171-6, esimene standard SPE tööstuslike paarituspindade jaoks. Standardimistööd pole siiski veel lõpule viidud.

Praegu hindavad teemat kasutajaorganisatsioonid nagu PI (PROFIBUS ja PROFINET International) ja ODVA.

Esimene tööstuslike ja tööstusega seotud rakenduste SPE-pistikute kavand põhineb Hartingu paaritamisel (väljatöötamine algas 2014. aastal), mis esitati SC48B-le 2016. aastal ja avaldati numbriga IEC 61076-3-125 kuni CD-staatuseni (komitee eelnõu kommentaaride jaoks) on olnud. Sellele järgnesid CommScope (IEC 63171-1) ja Reichle & De Massari (IEC 63171-2) M ₁ I ₁ C ₁ E ₁ rakenduste jaoks (hoonete kaabeldus).

IEC 61076-3-125 värskendati koostöös TE Connectivity versiooniga IEC 63171-6 M ₂ I ₂ C ₂ E ₂ ja M ₃ I ₃ C ₃ E ₃ rakenduste jaoks ja see avaldatakse standardina 23. jaanuaril 2020 olnud. Tööstuslikes rakendustes on samuti töös IEC 63171-5 M ₂ I ₂ C ₂ E ₂ ja M ₃ I ₃ C ₃ E ₃ rakenduste jaoks, mis põhinevad Phoenix Contacti ühendusklemmil (CD olek), standardi avaldamine on kavas mais 2020.

Tehnilised lahendused praktikas

Praktikas soovivad kaks konsortsiumi edendada tehnilisi lahendusi. Ühelt poolt on need "SPE tööstuspartnerite võrk", kuhu lisaks asutajaliikmetele Hartingule, TE Connectivity, Hirosele, Würth Elektronikule, Leoni, Murrelektronikule ja Softing IT Networksile kuulub nüüd veel 9 partnerit, kellest teatatakse peatselt. Teisest küljest on olemas SPE tehnoloogiaklaster, kuhu kuuluvad Phoenix Contact, Weidmüller, Reichle & De Massari, Telegärtner, Belden, Rosenberger ja Fluke Networks.

SPE partnervõrgustik propageerib T1 tööstusliidest, mis on 2018. aastal määratletud ISO / IEC JTC 1 / SC 25 / WG 3 ja TIA42-ga vastavalt standardile IEC 63171-6 kui ühtset meediumist sõltuvat liidest (MDI). Kogu tulevase SPE ökosüsteemi usaldusväärseks loomiseks jagatakse ka edastusprotokollide, kaabeldamise ja seadmekomponentide standardeid.

SPE tehnoloogiaklaster toetab standardimisse kaasatud Phoenix Contact'i IEC 63171-2 (kontorikeskkond) ja IEC 63171-5 (tööstuskeskkond) pistikprogramme. Nad määratlevad IP20 ja IP65 / 67 pistikühendused ühe ja nelja paari andmeedastuseks SPE kaudu eesmärgiga tagada seadmete, pistikute, kaablite ja mõõtmistehnoloogia kooskõlastatud infrastruktuur.

Üksikpaar Ethernet: mis edasi saab?

Nii nagu klassikaline Ethernet, pole ka ühepaariline Ethernet staatiline tehnoloogia, seda arendatakse järjepidevalt. Kasutaja võib oodata arvukalt parandusi. Üks on kindel: SPE avab suure hulga uusi rakenduste võimalusi struktureeritud kaabelduse jaoks autotööstuses, tööstuses ja protsesside juhtimises, aga ka kontorikeskkonnas ja andmekeskuses. Belden [3] annab eelseisvate arengute jaoks ajahorisondi: SPE on autotööstusturgu arendanud alates 2015. aastast. Protsessitööstus järgneb eeldatavasti 2022. aastal; vedu 2025; Robootika ja tehase automatiseerimine 2025. aastal ja hooneautomaatika 2028. aastal.

SPE turg tööstuses on praegu määratletud standardite, tootearenduse ja partnerlusega. SPE partnervõrgustikul on esimene standard. Esimene üldkoosolek toimub Hannoveri messil ning jooksvaks aastaks on kavas ka tehnopäevad.

Weidmüller ja Phoenix Contact esitlesid esimesi PLC prototüüpe (põhineb IEC 63171-5), mis on RJ45-st 0,5 korda väiksemad (IP20 või IP67, dielektriline tugevus 2,25 kV). Kaitseklassi IP20 M8 andurite ühenduste komplekteeritud seeriaid tuleb jälgida Hannoveri messil.

See artikkel ilmus esmakordselt meie partneriportaalis Elektronikpraxis.de.

volikirjad

[1] Valge raamat ühepaarine Ethernet ettevõttelt Harting

[2] Valge paber ühepaarine Ethernet firmalt Weidmüller

[3] Valge paberi ühepaarine Ethernet Beldenist

Artiklifailid ja linkid

Link: See artikkel ilmus esmakordselt ELEKTRONIKPRAXISe eriväljaandes Elektromehaanika I (laadige alla PDF).