Бъдещето на Ethernet окабеляването за контроли, сензори и изпълнителни механизми DDS NETCOM AG
Днес в индустрията се монтират предимно инсталационни кабели от категория компоненти Cat.7 или Cat.8. Поради физическите си свойства на предаване, те са изключително мощни, но и трудни, скъпи и съответно сложни за инсталиране. В индустрията обаче, за да можем ефективно да интегрираме сензори и изпълнителни механизми, които изискват ниска честотна лента в OT мрежата, се нуждаем от по-лек и тънък кабел, който все още поддържа PoDL (Power over Data Lines), както и данни и мощност на големи разстояния може да прехвърля. Добрата новина: това ще бъде достъпно в бъдеще.
Това е „Ethernet с една двойка“ или накратко SPE. Това е стандарт за окабеляване и мрежи, с който по същество всеки сензор или задвижващ механизъм може да бъде снабден с електрическа енергия и да комуникира чрез Ethernet мрежата. С SPE вече е възможно да свързвате устройства с битрейт 10 Mbit/s на разстояние от макс. 1000 м и по желание да се използва технологията PoDL за електрозахранване (Ethernet стандарт IEEE P802.3cg 10Mbit/s). Това всъщност може да замени всички технологии на fieldbus със скорост на предаване на данни от стотици kbit/s до 10 Mbit/s. Големият диапазон от макс. 1000 м е най-важният критерий. В допълнение, SPE може да се използва и в отдалечена и потенциално експлозивна среда, тъй като е възможно дистанционно захранване на крайните устройства.
Единичната двойка Ethernet вече се използва успешно в автомобилната индустрия. Системите за окабеляване в автомобила и мрежите в автомобила са се възползвали значително от работата, извършена от екипите за автомобилно развитие в сътрудничество с техните партньори за кабели и съединители. Тази работа доведе до публикуването на технологичния стандарт IEEE 802.3bw, 100BASE-T1 за автомобилни мрежи през 2015 г. Иновативните системи за подпомагане на водача и изчислително интензивните дисплеи изискват икономически ефективни, бързи комуникационни мрежи, тъй като съвременните превозни средства обменят огромно количество данни в реално време, както и фърмуер и софтуер между електронните контролни блокове (ECU). IEEE 802.3bw (100BASE-T1) е създаден чрез разработване на нов протокол за предаване на физически слой (PHY), за който е достатъчна една двойка проводници.
Днес 100BASE-T1 дава възможност за предаване на аудио, видео, свързана кола, фърмуер/софтуер и данни за калибриране в превозни средства с Ethernet протоколи за свързване на аудио видео (AVB) чрез неекраниран кабел с усукана двойка. Протоколите AVB, разработени от IEEE Работна група, чувствителна към времето, предлагат ниска детерминирана латентност, синхронизирани възли и оформяне на трафика (категоризация на трафика на данни). Тези аспекти са важни за комуникацията на различни видове информация в автомобилните системи, тъй като 100BASE-T1 може да се използва за прехвърляне на различни видове данни с различни приоритети (ниска скорост на данни с висок приоритет или висока скорост на данни с нисък приоритет и синхронизация на времето).
В производството и автоматизацията на процесите успехите на автомобилната индустрия с SPE бяха добре признати. В момента се разработват два нови кабелни стандарта, които да позволят използването на дълги преносни маршрути в тези индустрии. IEC 61156-13 и IEC 61156-14 описват симетрични еднодвойни кабели със свойства на предаване до 20 MHz на разстояния до 1000 m, които поддържат 10 Mbit/s за предимно промишлени приложения. Типът кабел е предназначен за екранирани канали, които също поддържат дистанционно подаване. Част 13 описва SPE кабели за хоризонтално окабеляване на пода. Този тип кабел има плътен меден проводник с отгрят мед с номинален диаметър между 0,64 и 1,7 mm. Част 14 е предназначена за гъвкаво окабеляване (окабеляване на работната зона).
Днес много организации работят по завършване на цялостната двойна Ethernet технология за успешно използване в индустрията. В момента се разработва усъвършенстван физически слой (APL) за Ethernet, който може да се използва за автоматизация на процесите и инструментариум, за да може да се използват полеви устройства в отдалечени и потенциално експлозивни места. Електрическата мощност и данните се предават на полевите устройства чрез екраниран SPE кабел с усукана двойка. Дългоочакваното използване на „Ethernet до края на полето“ определено ще бъде възможно до 2021/2022.
През 2016 г. бяха публикувани IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 стандарт за по-високи скорости на предаване на данни и SPE стандарт IEEE 802.3bu за Power over Data Lines (PoDL) чрез симетрична единична усукана двойка Ethernet. Това беше още един крайъгълен камък в развитието на SPE. В момента стандартите за SPE кабели и съединители се разработват от различни международни и национални органи по стандартизация и потребителски организации. Съществуват стандарти за кабели за приложения на големи разстояния със свойства на предаване до 20 MHz (IEC 61156-13 и -14), както и за приложения с по-висока скорост на предаване на данни и свойства на предаване до 600 MHz и разстояния до 40 m (IEC 61156-11 и -12), всеки за фиксирана и гъвкава инсталация. В момента се подготвя стандартът за гъвкаво окабеляване. Шест нови стандарта за съединители се подготвят за различните приложения. Четири от тези SPE съединители съгласно IEC 63171, части 1 до 4, са класифицирани за офис среда (IP20), IEC 63171-5 и IEC 63171-6 определят SPE съединители за индустриална среда (IP65/67).
Стандартът "Общо окабеляване за клиентски помещения ISO/IEC 3WD TR 11801 част 9906 - технически доклад: Балансирани 1-чифтни кабелни канали до 600MHz" описва симетрични едно-двойни канали за поддръжка на едно-двойни Ethernet приложения съгласно IEEE 802.3 SPE стандарти. Тези стандарти уточняват, че 1000 Mbit/s (IEEE 802.3bp) до 40 m, 100 Mbit/s (IEEE 802.3bw) с неекранирани кабели до 15 m или 10 Mbit/s (IEEE 802.3cg) до 1000 m са допустими, при което конструкцията на кабела и диаметърът на проводника определят възможния обхват.
В резултат на тези стандартизационни и изследователски дейности за SPE и напредъка, който е постигнат, целта сега е да се направи възможно най-бързо използване на Ethernet технологията с един чифт в индустриалния сектор. С обширна гама от компоненти, устройства и приложения за технологията Single Pair Ethernet, Industry 4.0 става мащабируема, детерминирана и напълно съвместима.
За да отговорят на изискванията на производството и автоматизацията на процесите, стандартите IEEE 802.3 непрекъснато се доразвиват и подобряват. Създадена е работна група IEEE P802.3ch за Multi-Gig Automotive Ethernet с цел по-нататъшно развитие на стандарта IEE 802.3 за повече от 1 Gbit/s за Automotive Ethernet. Освен това има изследователски проекти, които да направят този стандарт използваем за индустриалния и строителния сектор. Предимствата на технологията SPE по отношение на миниатюризацията и намаляването на теглото, съчетани с проста технология за свързване, правят тази иновация интересна за технологията на автоматизация, автоматизация на процесите, изграждане на кабели, железопътна технология, автомобилната индустрия и много други приложения. Евтините, надеждни кабели, съединители и активни компоненти, които отговарят на стандартите SPE, правят всички подсистеми във фабриката по-малки и по-малко пространство, необходимо за контрол на мощността и температурата. Значително по-простото окабеляване и инсталиране на компоненти също ще намали разходите за материал и труд.
Ще продължат да се използват оптични кабели за дълги разстояния на предаване и екранирани CAT7/Cat.8 Ethernet кабели, изработени от мед с четири двойки проводници за висока скорост на предаване на данни от 10 Gbit/s. В бъдеще обаче данните от сензора, задвижването и PLC ще могат да препращат записаните данни към централните супермагистрали за данни без съответни шлюзове за протоколи и без собствени интерфейси. Убедени сме, че целият индустриален сектор може да се възползва от това. В този смисъл. Ще ви държим в течение.