Майбутнє кабелів Ethernet за органами управління, датчиками та приводами DDS NETCOM AG
Сьогодні в промисловості переважно встановлюються монтажні кабелі категорії компонентів Cat.7 або Cat.8. Завдяки своїм фізичним властивостям передачі вони надзвичайно потужні, але також важкі, дорогі та відповідно складні в установці. Однак у промисловості нам потрібен більш легкий, тонкий кабель, який все ще підтримує PoDL (Power over Data Lines), а також дані та потужність на великі відстані, щоб мати можливість ефективно інтегрувати датчики та виконавчі механізми, які вимагають низької пропускної здатності в мережу OT може передати. Хороша новина: це буде доступно в майбутньому.
Це "односпальний Ethernet" або скорочено SPE. Це стандарт кабелю та мережі, який в основному постачає кожен датчик або привід електричною енергією і може обмінюватися даними через мережу Ethernet. За допомогою SPE вже можна підключати пристрої зі швидкістю передачі даних 10 Мбіт/с на відстань не більше 1000 м, а також додатково використовувати технологію PoDL для електропостачання (стандарт Ethernet IEEE P802.3cg 10 Мбіт/с). Це може фактично замінити всі технології польової шини зі швидкістю передачі даних від сотень кбіт/с до 10 Мбіт/с. Великий діапазон до 1000 м є найважливішим критерієм. Крім того, SPE також може використовуватися у віддаленому та потенційно вибухонебезпечному середовищі, оскільки можливе дистанційне живлення кінцевих пристроїв.
Однопара Ethernet вже успішно використовується в автомобільній промисловості. Системи електропроводки та автомобільні мережі отримали велику вигоду від роботи, яку зробили команди розробників автомобілів у співпраці зі своїми партнерами по кабелю та з'єднувачам. Результатом цієї роботи стала публікація технологічного стандарту IEEE 802.3bw, 100BASE-T1 для автомобільних мереж у 2015 році. Інноваційні системи допомоги водієві та обчислювально обчислювальні дисплеї вимагали економічно вигідних мереж швидкого зв'язку, оскільки сучасні транспортні засоби обмінюються величезною кількістю даних у режимі реального часу, а також прошивкою та програмним забезпеченням між електронними блоками управління (ЕБУ). IEEE 802.3bw (100BASE-T1) був створений шляхом розробки нового протоколу передачі фізичного рівня (PHY), для якого достатньо однієї пари проводів.
Сьогодні 100BASE-T1 дозволяє передавати аудіо, відео, підключений автомобіль, прошивку/програмне забезпечення та дані калібрування в автомобілях з протоколами Ethernet для мосту аудіо-відео (AVB) за допомогою неекранованого кабелю крученої пари. Протоколи AVB, розроблені робочою групою мережевих мереж IEEE, що чутливі до часу, пропонують низьку детерміновану затримку, синхронізовані вузли та формування трафіку (категоризація трафіку даних). Ці аспекти важливі для передачі різних типів інформації в автомобільних системах, оскільки 100BASE-T1 може використовуватися для передачі різних типів даних з різними пріоритетами (низька швидкість передачі даних з високим пріоритетом або висока швидкість передачі даних з низьким пріоритетом та синхронізація часу).
У виробництві та автоматизації процесів успіхи автомобільної промисловості за допомогою SPE були добре визнані. В даний час розробляються два нові стандарти кабельних мереж, що дозволяють використовувати довгі шляхи передачі в цих галузях. IEC 61156-13 та IEC 61156-14 описують симетричні однопарні кабелі із властивостями передачі до 20 МГц на відстані до 1000 м, які підтримують 10 Мбіт/с для переважно промислових застосувань. Тип кабелю призначений для екранованих каналів, які також підтримують віддалене подавання. Частина 13 описує кабелі SPE для горизонтальної проводки підлоги. Цей тип кабелю має твердий відпалений мідний провідник з номінальним діаметром від 0,64 до 1,7 мм. Частина 14 призначена для гнучкого кабелювання (електропроводка робочої зони).
Сьогодні багато організацій працюють над доопрацюванням єдиної пари Ethernet-технології для успішного використання в промисловості. В даний час триває розробка вдосконаленого фізичного рівня (APL) для Ethernet, який можна використовувати для автоматизації процесів та контрольно-вимірювальних приладів, щоб мати можливість використовувати польові пристрої у віддалених та потенційно вибухонебезпечних місцях. Електрична потужність та дані передаються на польові прилади за допомогою екранованого кабелю SPE з крученою парою. Довгоочікуване використання "Ethernet до кінця поля" буде безумовно можливим до 2021/2022.
У 2016 році були опубліковані стандарт IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 для більш високих швидкостей передачі даних та стандарт SPE IEEE 802.3bu для потужності над лініями передачі даних (PoDL) через симетричну одиночну кручену пару Ethernet. Це було ще однією віхою у розвитку SPE. В даний час стандарти для кабелів та з'єднувачів SPE розробляються різними міжнародними та національними органами стандартизації та організаціями користувачів. Існують стандарти кабелю для додатків на великі відстані із властивостями передачі до 20 МГц (IEC 61156-13 та -14), а також для додатків із більш високою швидкістю передачі даних та властивостями передачі до 600 МГц та відстанями до 40 м (IEC 61156-11 та -12), кожен для фіксованої та гнучкої установки. В даний час готується стандарт гнучкого кабелювання. Для різних застосувань готуються шість нових стандартів з'єднувачів. Чотири з цих роз'ємів SPE відповідно до IEC 63171, частини 1-4, класифіковані для офісного середовища (IP20), IEC 63171-5 та IEC 63171-6 визначають роз'єми SPE для промислового середовища (IP65/67).
Стандарт "Загальне підключення кабелів для приміщень замовника ISO/IEC 3WD TR 11801 частина 9906 - технічний звіт: Збалансовані 1-парні кабельні канали до 600 МГц" описує симетричні однопарні канали для підтримки однопарних програм Ethernet відповідно до стандартів IEEE 802.3 SPE. Ці стандарти визначають, що 1000 Мбіт/с (IEEE 802.3bp) до 40 м, 100 Мбіт/с (IEEE 802.3bw) з неекранованими кабелями до 15 м або 10 Мбіт/с (IEEE 802.3cg) до 1000 м допустимі, завдяки чому конструкція кабелю та діаметр дроту визначають можливий діапазон.
В результаті цієї стандартизації та дослідницької діяльності для SPE та прогресу, який було досягнуто, зараз метою є якомога швидше зробити технологію єдиної пари Ethernet придатною для використання у промисловому секторі. Завдяки широкому діапазону компонентів, пристроїв та програм для технології Single Pair Ethernet, Industry 4.0 стає масштабованою, детермінованою та повністю сумісною.
Для того, щоб задовольнити вимоги до автоматизації виробництва та процесів, стандарти IEEE 802.3 постійно розробляються та вдосконалюються. Робоча група IEEE P802.3ch для Multi-Gig Automotive Ethernet була заснована з метою подальшого розвитку стандарту IEE 802.3 для більш ніж 1 Гбіт/с для автомобільного Ethernet. Крім того, існують науково-дослідні проекти, які дозволять зробити цей стандарт придатним для промислового та будівельного секторів. Переваги технології SPE з точки зору мініатюризації та зменшення ваги в поєднанні з простою технологією підключення роблять це нововведення цікавим для технологій автоматизації, автоматизації процесів, будівельних кабелів, залізничної техніки, автомобільної промисловості та багатьох інших застосувань. Недорогі, надійні кабелі, роз'єми та активні компоненти, що відповідають стандартам SPE, роблять усі підсистеми на заводі меншими та менше місця, необхідного для контролю потужності та температури. Значно простіше прокладання кабелів та монтаж компонентів також зменшить матеріальні та трудові витрати.
Продовжуватимуть використовувати волоконно-оптичні кабелі на великі відстані передачі та екрановані кабелі Ethernet CAT7/Cat.8, виготовлені з міді з чотирма парами проводів для високої швидкості передачі даних 10 Гбіт/с. Однак у майбутньому дані датчиків, виконавчих механізмів та ПЛК зможуть пересилати записані дані на центральні супермагістралі даних без відповідних шлюзів протоколу та без власних інтерфейсів. Ми переконані, що весь промисловий сектор може отримати від цього вигоду. У цьому сенсі. Ми будемо тримати вас у курсі подій.