A vezérlők, érzékelők és működtetők Ethernet-kábelezésének jövője DDS NETCOM AG
Az iparban manapság a Cat.7 vagy a Cat.8 alkatrészkategóriás telepítési kábelek vannak telepítve. Fizikai átviteli tulajdonságaik miatt ezek rendkívül hatékonyak, ugyanakkor nehezen, drágán és ennek megfelelően összetetten telepíthetők. Az iparban azonban ahhoz, hogy hatékonyan integrálhassuk az alacsony sávszélességet igénylő érzékelőket és működtetőket az OT hálózatba, szükségünk van egy könnyebb, vékonyabb kábelre, amely továbbra is támogatja a PoDL-t (Power over Data Lines), valamint az adatokat és az áramellátást nagy távolságokra átviheti. Jó hír: ez a jövőben elérhető lesz.
Ez "Single Pair Ethernet" vagy röviden SPE. Ez egy kábelezési és hálózati szabvány, amely alapvetően minden érzékelőt vagy működtetőt ellát energiával és képes kommunikálni az Ethernet hálózaton keresztül. Az SPE segítségével már lehetséges 10 Mbit/s bitsebességű eszközök csatlakoztatása max. 1000 m távolságra, és opcionálisan a PoDL technológia használata az áramellátáshoz (Ethernet szabvány IEEE P802.3cg 10Mbit/s). Ez valójában az összes terepibusz-technológiát 100 kbit/s-ig terjedő, akár 10 Mbit/s-os adatátviteli sebességre cserélheti. A nagy, max. 1000 m hatótávolság a legfontosabb kritérium. Ezenkívül az SPE távoli és robbanásveszélyes környezetekben is használható, mivel a végberendezések távoli áramellátása lehetséges.
Az egypár Ethernet-et már sikeresen használják az autóiparban. A járművek kábelköteg rendszereinek és a járműveken belüli hálózatoknak nagy hasznát vették az autófejlesztő csapatok kábel- és csatlakozópartnereikkel együttműködésben végzett munkája. Ennek eredményeként 2015-ben megjelent az IEEE 802.3bw, 100BASE-T1 technológiai szabvány a járművek hálózatai számára. Az innovatív vezetőtámogató rendszerek és a számításigényes kijelzők alacsony költségű, gyors kommunikációs hálózatokat igényelnek, mivel a mai járművek hatalmas mennyiségű valós idejű adatot, valamint firmware-t és szoftvert cserélnek az elektronikus vezérlőegységek (ECU) között. Az IEEE 802.3bw (100BASE-T1) új fizikai réteg (PHY) átviteli protokoll kifejlesztésével jött létre, amelyhez egyetlen vezetékpár elegendő.
Ma a 100BASE-T1 lehetővé teszi audio, video, csatlakoztatott autó, firmware/szoftver és kalibrációs adatok továbbítását az audio-video áthidaló (AVB) Ethernet protokollt használó járművekben árnyékolatlan, sodrott érpáron keresztül. Az IEEE Időérzékeny Hálózat munkacsoport által kifejlesztett AVB protokollok alacsony determinisztikus késleltetést, szinkronizált csomópontokat és forgalomalakítást (adatforgalom kategorizálása) kínálnak. Ezek a szempontok fontosak a különböző típusú információk kommunikációjában az autóipari rendszerekben, mivel a 100BASE-T1 használható különféle prioritású (alacsony adatsebességű, nagy prioritású vagy nagy adatsebességű, alacsony prioritású és időszinkronizált) adatok átadására.
A gyártás és a folyamat-automatizálás terén az autóipar SPE-vel elért sikereit jól elismerték. Két új kábelszabványt fejlesztenek ki annak érdekében, hogy lehetővé tegyék a hosszú átviteli útvonalak használatát ezekben az iparágakban. Az IEC 61156-13 és az IEC 61156-14 szimmetrikus egypáros kábeleket ír le, amelyek átviteli tulajdonságai 20 MHz-ig terjednek, legfeljebb 1000 m távolságban, és amelyek 10 Mbit/s-ot támogatnak főleg ipari alkalmazásokhoz. A kábeltípus árnyékolt csatornák számára készült, amelyek szintén támogatják a távoli adagolást. A 13. rész leírja az SPE kábeleket a padló vízszintes huzalozásához. Ez a típusú kábel szilárdan lágyított rézvezetékkel rendelkezik, névleges átmérője 0,64 és 1,7 mm között van. A 14. rész rugalmas kábelezésre szolgál (munkaterület huzalozása).
Ma sok szervezet azon dolgozik, hogy véglegesítse a Single Pair Ethernet technológiát az iparban való sikeres felhasználás érdekében. Jelenleg folyamatban van az Advanced Physical Layer (APL) fejlesztése az Ethernet számára, amely felhasználható a folyamat automatizálásában és a műszerekben annak érdekében, hogy a terepi eszközöket távoli és potenciálisan robbanásveszélyes helyeken lehessen használni. Az elektromos energiát és az adatokat árnyékolt csavart érpárú SPE-kábelen keresztül továbbítják a terepi eszközökhöz. Az "Ethernet a mező végéig" régóta várt használata 2021/2022-ig mindenképpen lehetséges lesz.
2016-ban közzétették az IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 szabványt a nagyobb adatátviteli sebességért és az SPE IEEE 802.3bu szabványt az adatátviteli vonalak (PoDL) szimmetrikus egycsavart páros Etherneten keresztül. Ez az SPE fejlődésének újabb mérföldköve volt. Az SPE kábelek és csatlakozók szabványait jelenleg fejlesztik különböző nemzetközi és nemzeti szabványügyi testületek és felhasználói szervezetek. Kábel szabványok léteznek nagy távolságokra, 20 MHz-ig terjedő átviteli tulajdonságokkal (IEC 61156-13 és -14), valamint nagyobb adatátviteli sebességgel és 600 MHz-ig terjedő átviteli tulajdonságokkal és 40 m-es távolságig (IEC 61156-11 és -12), mindegyik fix és rugalmas telepítéshez. A rugalmas kábelezés szabványa jelenleg készül. Hat új csatlakozó szabvány készül a különféle alkalmazásokhoz. Ebből az SPE csatlakozók közül négy az IEC 63171 1. és 4. része szerint az irodai környezetre van osztályozva (IP20), az IEC 63171-5 és az IEC 63171-6 meghatározza az SPE csatlakozókat az ipari környezetre (IP65/67).
A szabványos "Általános kábelezés az ügyfél telephelyén ISO/IEC 3WD TR 11801 9906. rész - műszaki jelentés: Kiegyensúlyozott 1 páros kábelcsatornák 600 MHz-ig" szimmetrikus egypáros csatornákat ír le az egypáros Ethernet alkalmazások támogatásához az IEEE 802.3 SPE szabványoknak megfelelően. Ezek a szabványok előírják, hogy 1000 Mbit/s (IEEE 802.3bp) 40 m-ig, 100 Mbit/s (IEEE 802.3bw) árnyékolatlan kábellel 15 m-ig vagy 10 Mbit/s (IEEE 802.3cg) 1000-ig m megengedett, ahol a kábel kialakítása és a vezeték átmérője meghatározza a lehetséges tartományt.
Ezen SPE-szabványosítási és kutatási tevékenységek, valamint az elért eredmények eredményeként most az a cél, hogy a Single Pair Ethernet technológiát a lehető leggyorsabban felhasználhatóvá tegyék az ipari szektorban. Az Single Pair Ethernet technológia összetevőinek, eszközeinek és alkalmazásainak átfogó skálájával az Industry 4.0 méretezhetővé, determinisztikussá és teljes mértékben kompatibilissé válik.
A gyártás és a folyamat-automatizálás követelményeinek teljesítése érdekében az IEEE 802.3 szabványokat folyamatosan fejlesztik és fejlesztik. IEEE P802.3ch munkacsoportot hoztak létre a Multi-Gig Automotive Ethernet számára azzal a céllal, hogy tovább fejlesszék az IEEE 802.3 szabványt, amely nagyobb, mint 1 Gbit/s az Automotive Ethernet számára. Ezen kívül vannak olyan kutatási projektek, amelyek lehetővé teszik, hogy ez a szabvány használható legyen az ipari szektor és az építőipar számára. Az SPE technológia előnyei a miniatürizálás és a súlycsökkentés terén, egy egyszerű csatlakozási technológiával kombinálva, érdekesvé teszik ezt az újítást az automatizálási technológia, a folyamat-automatizálás, az épület kábelezése, a síntechnika, az autóipar és sok más alkalmazás szempontjából. Az olcsó, megbízható kábelek, csatlakozók és aktív alkatrészek, amelyek megfelelnek az SPE szabványoknak, gyárilag minden alrendszert kisebb és kevesebb helyet igényelnek az energia- és hőmérséklet-szabályozáshoz. A lényegesen egyszerűbb kábelezés és az alkatrészek telepítése szintén csökkenti az anyag- és munkaerőköltségeket.
A továbbításhoz továbbra is nagy szálú optikai kábelek és árnyékolt CAT7/Cat.8 Ethernet kábelek vannak rézből, négy vezetékpárral, 10 Gbit/s sebességű adatátviteli sebesség mellett. A jövőben azonban az érzékelő, a működtető és a PLC adatai képesek lesznek továbbítani a rögzített adatokat a központi adat szupersztrádákra megfelelő protokoll-átjárók és saját interfészek nélkül. Meggyőződésünk, hogy az egész ipari ágazat profitálhat ebből. Ebben az értelemben. Folyamatosan tájékoztatjuk Önt.