A fejlett érzékelési és vezérlési funkciókkal rendelkező csatlakoztatott eszközök egyre elterjedtebbek az ipari alkalmazásokban, így az összekapcsolásuk során az ipari összekapcsolás fogalma születik. Legyen szó vezetékes vagy vezeték nélküli, az automatizálás hatékonyságának javítása kiemelt prioritássá vált. Az érzékelő és vezérlő eszközök nagy sűrűsége természetesen fokozott összekapcsolódáshoz vezet. Bár az ipari vezeték nélküli hálózatok bizonyos mértékig képesek megbirkózni bizonyos összekapcsolási kihívásokkal, általában valamilyen fizikai kapcsolatra van szükségük, és a vezeték nélküli hálózatok nem alkalmasak minden ipari környezetben.
Az egypáros Ethernet (SPE) térnyerése ipari forgatókönyvekben
A fent említett összeköttetésben az Ethernet-kapcsolat több vezetéket igényelhet a gyors 100 Mbps Ethernet vagy akár Gbps Ethernet eléréséhez. Az olyan hátrányok, mint a bonyolultság, a magas költségek és az érzékelők által gyűjtött információk időben történő cseréjének biztosításának hiánya, nem felelnek meg az ipari összekapcsolással kapcsolatos elvárásoknak.
Az egypáros Ethernet technológia olyan csatlakozási technológia, amely 1 Gb/s sebességet képes elérni rövid távolságokon, és lehetővé teszi a kétirányú kommunikációt. Kezdetben ezt a csatlakozási technológiát széles körben használták az autóipari alkalmazásokban. Az IEEE 802.3 átviteli szabvány szerint az egypár Ethernet technológiát integrálták az új generációs járművekbe, felváltva a CAN-t és más buszrendszereket. Ez a technológia egyesítheti a vezérlést, a kommunikációt és a különféle biztonsági funkciókat az Etherneten keresztüli működés érdekében, ami pontosan megfelel az ipari automatizálás összekapcsolásának igényeinek.
Az egypáros Ethernet ipari forgatókönyvekben való bevezetésének legközvetlenebb hajtóereje az alkalmazások hatékony kétirányú kommunikációja iránti igény kielégítése. Az 1 Gb/s-os kapcsolati sebesség valós idejű biztonságos kapcsolatot tesz lehetővé az eszközök és az infrastruktúra, valamint az eszközök és a felhő között. A költségén és az egyszerű használaton túl az érzékelőadatok elemzésének továbbfejlesztése és a hibareakció felgyorsítása önmagában is rendkívül vonzóvá teszi.
Mik az egypáros Ethernet előnyei?
Először is, nem kell összehasonlítani az egypáros Ethernetet a vezeték nélküli kapcsolatokkal, amelyek az ipari forgatókönyvekben nem egyetemesek. Más vezetékes kapcsolatokkal összehasonlítva az egypáros Ethernet Power over Data Line-t (PoDL) biztosít ugyanazon a kompakt interfészen, mindössze két kábelt használva az adatok és az energia átvitelére. A hagyományos vezetékes kapcsolatok négy kábelt használnak. A kevesebb kábel alacsonyabb költségeket és nagyobb szabadságot jelent a mechanikus berendezések számára. Kritikusabb szemszögből nézve, vajon a kábelek réztartalmának (Cu) csökkentésével gyorsabb átvitel érhető el kevesebb energiával? Ebből a szempontból az egypáros Ethernet költség-haszon elemzése kétségtelenül kedvező.
SPE Technology, SPE Alliance
Mint említettük, az egypáros Ethernet rövid távolságokon 1 Gb/s sebességet érhet el, akár 1000 méteres kábelhosszal 10 MB/s átviteli sebesség mellett, 600 MHz-es sávszélességet használva adatkommunikációra. Kommunikációs előnyei nyilvánvalóak, és nem igényelnek további részletezést. Érdemes megjegyezni, hogy az egypáros Ethernet kapcsolat egyik terminálja 1 Gbps/600 MHz adatátvitelre szolgál, a másik pedig 8A áramerősségig támogatja az áramátvitelt. Az adat- és tápellátásnak ezt a vegyes kapcsolatát fizikailag árnyékolni és el kell különíteni, hogy elkerüljük a táp- és adatjelek közötti interferenciát.
Összességében ez a technológia csökkenti a csatlakozók teljes méretét és minimalizálja a munkaterhelést számos terminálon. Az egypáros Ethernet az érzékelő-aktor szintre csökkenti az Ethernetet, és közvetlenül csatlakoztatja az érzékelőket és aktorokat az automatizálási rendszerekhez vagy a felhőhöz, jelentős segítséget nyújtva az ipari összekapcsoláshoz.
Az egypáros Ethernet PoDL kihívása
A Power over Data Line (PoDL) korábbi említése a kompakt interfészek esetében szintén a nagy távolságra történő energiaátvitel hatékonyságának hiányával foglalkozik. Jelenleg a szabványos egypáros Ethernet adatkapcsolatok elérhetik az 50 W-ot, a vegyes teljesítményű adatkapcsolatok pedig akár 400 W-ot 48 V-on. Itt egy probléma merül fel: a magas teljesítményszint miatt a PoDL eltérhet a szabványoktól. A legtöbb elektromos eszköz 10%-os feszültségesést is képes fogadni, míg a PoDL maximum 20%-ot. A PoDL kábelkötegek teljesítménytesztjeinél egy 40 méteres kábel 200 W közelébe hozhatja a teljesítményt ilyen körülmények között, és ha a kábel rövidebb 20 méternél, a nagy teljesítmény eléri a 400 W-ot. A PoDL szabványoktól való eltérésének elkerülése érdekében ezt a maximális értéket általában nem használják.
A PoDL használata az adat- és tápkábeleket ugyanabban a vezetékben egyesíti. Bár ez a beállítás lehetővé teszi az adatok és a teljesítmény egyidejű átvitelét, van egy hátránya: szigorú követelményeket támaszt a zajjal és a teljesítményszintek változási sebességével kapcsolatban, ellenkező esetben az adatátvitelt érinti. Ezért a jó szűrőáramkörök használata az ilyen zajok elnyomására különösen fontos ipari környezetben, különösen az alacsonyabb megahertzes tartományban keletkező zaj esetében (lásd az alábbi ábrát).
Összegzés
Az egypáros Ethernet lehetőséget kínál a protokoll szabványosítására a teljes ipari hálózatban. Miért? Figyelembe véve az ipari berendezésekben található érzékelők és aktuátorok hatalmas számát, miközben az Ethernet számos ipari hálózat szabványa, az ipari valóság tele van különféle rendszerekkel és hagyományos átjárók sokaságával. Az egypáros Ethernet szerepe az Ethernet más rendszerekkel való áthidalásában nagyobb figyelmet keltett az iparágban, mint önmagában a teljesítmény előnyei.