Single Pair Ethernet (SPE)

W miarę jak świat nadal opiera się na Ethernet, zastosowania dla Single Pair Ethernet (SPE) nadal rosną.

Choć technologia ta zaczęła się w przemyśle samochodowym, teraz rozszerza komunikację Ethernet na urządzenia poziomu polowego na hali produkcyjnej w procesach produkcji i przemyśle dyskretnym. (Dowiedz się więcej o SPE i jego wejściu do automatyki przemysłowej.)

SPE ma również inne możliwości zastosowania, w tym:

• Automatyka budynków
• Pociągi towarowe i pasażerskie
• Magazyny

Ważenie zalet SPE

Jak można określić, czy SPE jest odpowiednim podejściem dla Twojej aplikacji? Ważne jest porównanie zalet SPE z zaletami oferowanymi przez inne dostępne obecnie technologie, aby zobaczyć, która najlepiej odpowiada Twoim wymaganiom i problemom.

Na przykład, oto niektóre z zalet oferowanych przez SPE. Które z nich są najbardziej krytyczne dla Twojej aplikacji?

1. Płynna komunikacja Od sensora do chmury, SPE umożliwia płynną komunikację między maszynami i między maszynami a ludźmi. Przezroczysta sieć oparta na Ethernet umożliwia komunikację IP między węzłami końcowymi. Heterogeniczne sieci wymagają bramek do łączenia segmentów sieci, co ogranicza widoczność i dostępność węzłów końcowych.

2. Wysoka przepustowość Używając tylko jednej pary przewodów do transmisji, przepustowość danych dla SPE wynosi od 10 Mb/s do 1 Gb/s na różnych odległościach (im dłuższa odległość, tym niższa przepustowość danych).

3. Długie odległości transmisji SPE może umożliwiać utrzymanie wyższych prędkości danych na dłuższych odległościach niż inne technologie. Odległości związane z przepustowością są czasami określane jako "zakres przepustowości".

4. Możliwości zasilania zdalnego SPE umożliwia przesyłanie zasilania za pośrednictwem rdzeni danych lub dodatkowych rdzeni kabla hybrydowego, co umożliwia zdalne zasilanie (zasilanie znajduje się oddzielnie od urządzenia).

5. Elastyczność instalacji W porównaniu z tradycyjnymi kablami czteroparowymi, a w zależności od przekrojów przewodników, kabel SPE ma mniejszą średnicę. Jest również lżejszy niż kabel czteroparowy. To sprawia, że kable są szybsze i łatwiejsze do zainstalowania w ciasnych przestrzeniach, takich jak w szafce sterowniczej.

Warto zauważyć, że niektóre z wymienionych wyżej zalet mogą być osiągnięte przez systemy inne niż SPE: Na przykład, punkty 1, 2 i 3 mogą być osiągnięte przez Ethernet za pomocą światłowodu, podczas gdy punkty 1, 2 i 4 mogą być osiągnięte przez Ethernet za pomocą miedzi.

Zalety SPE stają się oczywiste tylko wtedy, gdy dodana zostaje inna, bardzo istotna cecha. Punkty 1 do 4 powyżej, na przykład, reprezentują zalety Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL), który jest zaprojektowany dla środowisk procesowych.

W obszarach o ograniczonej przestrzeni, istotna jest kombinacja punktów 1, 2 i 5. W rezultacie odpowiedni może być segment 1,000 Mb/s na 40 metrów, segment 10 Mb/s na 1,000 metrów lub segment 10 Mb/s.

Co TSN wnosi do SPE

SPE umożliwia silny wzrost liczby urządzeń zgodnych z Ethernet i otwartych architektur sieciowych.

W szczególności, zastąpienie specjalistycznych bramek i użycie przełączników oznacza, że różne typy ruchu mogą być mieszane z różnymi wymaganiami dotyczącymi jakości usług (QoS).

Na przykład, SPE umożliwia kamerom monitorującym korzystanie z tej samej infrastruktury co czujniki i siłowniki. Jednak trudno jest spełnić wymagane QoS, szczególnie przy niskiej przepustowości i mieszanych klasach ruchu. Wcześniejsze protokoły Ethernet przemysłowego również były na to podatne, dlatego rozwój sieciowania wrażliwego na czas (TSN) rozpoczął się z IEEE 802.1.

TSN to seria rozszerzeń standardów Ethernet, które mają na celu umożliwienie deterministycznej komunikacji w sieciach Ethernet. TSN zapewnia mechanizmy gwarantujące przesyłanie danych z zapewnioną przepustowością i opóźnieniem. W rezultacie TSN jest idealny dla aplikacji przemysłowych w czasie rzeczywistym.

Podobnie jak Ethernet wieloparowy, SPE również korzysta z tych ulepszeń TSN:

• Poprawiony determinizm: TSN wprowadza mechanizmy, które sprawiają, że transmisja pakietów krytycznych czasowo jest bardziej deterministyczna niż w przypadku wcześniej dostępnych schematów priorytetyzacji. Jednolite synchronizowanie czasu przynosi również korzyści dla procesów kontrolnych i analiz sieciowych danych czujników i logów.
• Odporność i niezawodność: Nowe i znormalizowane mechanizmy redundancji i filtrowania promują odporność dla krytycznych segmentów sieci i specyficznych aplikacji.
• Przezroczystość i skalowalność: Sieci Ethernet pozwalają na bezpośrednie adresowanie niemal wszystkich urządzeń. Jednocześnie, tworzenie indywidualnych konfiguracji podziału TSN oferuje zaletę jednoznacznego przypisania i specyficznej konfiguracji aplikacji, zapewniając skalowalność.

Wykorzystanie TSN w konkretnych aplikacjach

Aby zredukować złożoność nowych standardów, opracowywane są różne specyficzne dla branży profile TSN. Profile te działają jako standardy konfiguracyjne, które wskazują, jak używać TSN w konkretnych aplikacjach.

Na przykład, profil IEC/IEEE 60802 TSN Industrial Automation Profile jest specjalnie zaprojektowany dla automatyzacji w produkcji dyskretnej i stanowi solidną podstawę do wdrożenia w środowiskach przemysłowych.

Profil IEEE 802.1DG Automotive i Profil IEEE 802.1DP Aerospace rozszerzają możliwości TSN na wymagania i wyzwania stawiane w środowiskach motoryzacyjnych i lotniczych.

Oprócz redukcji złożoności, specyficzne właściwości dla poszczególnych sektorów są również uznawane w profilach TSN.

Obecna wersja profilu IEC/IEEE 60802 TSN definiuje jednolite zarządzanie siecią za pomocą protokołu zarządzania siecią NETCONF oraz jednolite wykrywanie topologii za pomocą LLDP.

Jak producenci reagują na SPE

W miarę jak specyficzne dla branży warianty SPE są standaryzowane przez IEEE 802.3 i pojawiają się wymagania klientów z różnych branż, producenci muszą być gotowi do odpowiedzi poprzez:

• Identyfikację wspólnych cech międzybranżowych
• Priorytetowanie modułowego projektu urządzeń w celu maksymalizacji możliwości ponownego użycia komponentów w różnych obszarach zastosowań
• Zgodność z standardami, aby urządzenia spełniały również wymagania innych branż

Na przykład, Belden niedawno wprowadził na rynek swój Lumberg Automation BEETLE SPE Light Managed Switch, aby wspierać przejście do sieci przyszłości opartych na technologii SPE. Spełnia on kluczowe standardy branżowe, takie jak 10BASE-T1L, PoDL i inne.

Dzięki BEETLE, organizacje przemysłowe mogą skalować operacje, jednocześnie osiągając większy zasięg i długoterminowe oszczędności kosztów.

Belden nadal pomaga wprowadzać Single Pair Ethernet do aplikacji automatyki przemysłowej, aby zakłady mogły czerpać korzyści. W miarę jak SPE nadal zyskuje na popularności, będziemy informować na bieżąco.