fbpx

BLOG HELUKABEL POLSKA

Wiarygodne źródło informacji o kablach i branży elektrycznej

Ethernet jednoparowy

10.05.2022
Print Friendly, PDF & Email

Co to jest Ethernet jednoparowy (SPE) i dlaczego tak naprawdę go potrzebujemy? Przemysłowe wykorzystanie sieci Ethernet jest już od dawna znane. Są to klasyczne pytania, które zadaje sobie osoba, która po raz pierwszy skonfrontuje się z tematem Ethernetu jednoparowego.

Fakty historyczne:

Pierwszymi „kablami do transmisji danych” były pojedyncze żyły z izolacją PVC, które zostały skręcone w pary, aby zapobiec możliwym błędom.
Później stwierdzono, że izolacja o niskiej pojemności1) (np. polietylenowa) ma lepsze właściwości elektryczne, zapewnia większe zasięgi i pozwala ograniczyć stosowanie ferrytów (magnesów, które przyczyniają się do bezawaryjnej transmisji danych) w montażu kabli. Była to powszechna praktyka w technologii analogowej. Do sterowania każdą funkcją i każdym elementem systemu potrzebna była osobna para.
Zmieniło się to wraz z pojawieniem się technologii cyfrowej. Impedancja, tłumienność kabla, przesłuchy w pobliżu końca kabla (NEXT) i inne właściwości zostały zdefiniowane jako parametry kabla, a technologia magistrali znalazła zastosowanie w automatyce, systemach i
inżynierii mechanicznej. Nagle okazało się, że wiele urządzeń w sieci można kontrolować za pomocą jednej pary przewodów, np. Profibus. Udało się to dzięki technologii cyfrowej i adresowaniu każdego urządzenia z osobna. Transmisja danych przez kable BUS była jednak nadal bardzo wolna w porównaniu z dzisiejszymi możliwościami i osiągała maksymalnie 20 Mbit.
Ethernet, jednolita sieć danych dla sieci (technologia LAN), była początkowo wykorzystywana wyłącznie do komunikacji biurowej. Dopiero na przełomie tysiącleci urządzenia przemysłowe, złącza i kable Ethernet zostały przystosowane do użytku przemysłowego. Powstała sieć przemysłowa.

 

SIEĆ PRZEMYSŁOWA MA INNĄ CHARAKTERYSTYKĘ:

StrukturaKategoria transmisji danychZakres*
2-parowa lub gwiaździsta (czwórka gwiazdowa), pary nieekranowanekat. 5 100 MbitDo 100 m bez repeatera
4-parowe, pary nieekranowanekat. 6 do 250 MHz
4-parowe, pary ekranowanekat. 6A do 500 MHz
kat. 7 do 600 MHz
kat. 7A do 1000 MHz
* Zakres zależy od przekroju poprzecznego żył roboczych kabla i liczby złączy przejściowych

 

W 2015 r. przemysł motoryzacyjny zaczął w większym stopniu polegać na jednoparowej sieci Ethernet. Jej zaletą jest oszczędność miejsca, wysoka wydajność i lekkość. Jest to zatem idealne rozwiązanie w przypadku ogromnego wzrostu szybkości transmisji danych spowodowanego przez tempomat, jazdę autonomiczną lub system kamer w pojeździe. W samochodzie zwykle stosuje się przewód nieekranowanydla 100BASE-T1, ponieważ długość wynosi < 15 m.
Aby dostosować jednoparowy Ethernet do zastosowań przemysłowych i pomóc w kształtowaniu zmian technologicznych, dołączyliśmy do SPE Industrial Network e.V. :
SPE Industrial Network https://www.single-pair-ethernet.com/en

Czy Ethernet jednoparowy zastąpi klasyczny Ethernet przemysłowy?

Nie. Klasyczne okablowanie 2- i 4-parowe ma zalety, jeśli chodzi o zasięg, który bez repeatera sięga nawet 100 metrów. Kolejnym aspektem jest to, że okablowanie 4-parowe nadal gwarantuje transmisję szczątkową 100 Mbit w przypadku awarii lub mechanicznego przeciążenia jednej z par.
Dzięki Ethernetowi jednoparowemu system czujników analogowych można było zdigitalizować, a stosunkowo powolną technologię magistrali można było stopniowo zastępować. Ponadto Ethernet jednoparowy
oferuje dodatkowe korzyści w porównaniu z klasycznym Ethernetem przemysłowym, zwłaszcza jeśli chodzi o małe systemy. Należą do nich większe promienie gięcia, mniejsze średnice zewnętrzne kabli i szybkość transmisji do 1 Gbit na jednej parze.. Takie zalety przestrzenne mają decydujące znaczenie zwłaszcza w przypadku małych kamer lub cobotów, czyli robotów współpracujących z ludźmi.

Jak właściwie działa 1-parowa transmisja danych?

Klasyczny Ethernet działa za pomocą 4-parowego kabla Kat 5 w zakresie częstotliwości do 100 MHz. Poszczególne pary wysyłają/odbierają sygnały naprzemiennie, dzięki czemu można przesyłać do 1 Gbit.W przypadku Ethernetu jednoparowego dostępna jest tylko jedna para. Aby umożliwić transmisję 1 Gbit, stosuje się układy scalone o zakresie do 600 MHz. Niektóre częstotliwości szerokiego spektrum odbierają, podczas gdy inne wysyłają… Tak właśnie działa SPE!

Dlaczego Ethernet jednoparowy jest interesujący dla zastosowań przemysłowych?

Jednoparowy Ethernet umożliwia spójną transmisję danych aż do poziomu pola. W przeciwieństwie do wcześniejszych rozwiązań, do przesyłania sygnałów potrzebna jest tylko jedna para (zamiast wcześniejszych dwóch lub czterech par).

Skutkuje to na przykład tym, że:

1 Gbit 1000BASE – T1 o zasięgu do 40 mlub10 Mbit 10BASE – T1L o zasięgu do 1000 m
Ethernet jednoparowyEthernet jednoparowy
z AWG 22 i AWG 26z AWG 18

W ten sposób Ethernet jednoparowy dokładnie odpowiada profilowi wymagań przemysłu i oferuje następujące zalety (w przeciwieństwie do klasycznego Ethernetu przemysłowego):
• Cieńsze kable
• Niższy koszt montażu
• Mniejsze wymagania przestrzenne, mniejszy ciężar, w razie potrzeby możliwość zastosowania mniejszego systemu układania
• Mniejsze promienie gięcia i mniejsze prowadniki kablowe w przypadku zastosowań ruchomych
• Mniejsze obciążenie kaloryczne, mniejsze wydzielanie dymu
• Mniej materiałów, takich jak miedź czy tworzywo sztuczne => ochrona zasobów naturalnych

TypNr kat.Szybkość transmisji danychØ mmWaga miedziWagaZakres
PROFInet 2x2xAWG22/1 PVCHelu 800653100 Mbit6,53267mniej niż 100
Ind. Ethernet 4x2xAWG26/19 PURHelu 828391 Gbit6,63156ok. 70
Ind. Ethernet 4x2xAWG26/7 PURHelu 80554810 Gbit7,83464ok. 70
SPE 1x2xAWG26/19 PURHelu 110180671 Gbit5,01629mniej niż 40
SPE 1x2xAWG22/19 PURHelu 110180681 Gbit6,42450mniej niż 40

Redukcja masy i miedzi o około 48%
Redukcja masy i miedzi o około 25%

Kolejną kwestią jest to, że obecnie, pomimo przemysłowej sieci Ethernet, na najniższym poziomie stosowana jest technologia magistrali cyfrowej i czujników analogowych. Ethernet jednoparowy kładzie podwaliny pod cyfryzację dotychczasowej technologii czujników, dzięki czemu Ethernet może być wykorzystywany aż do samego czujnika.

Standaryzacja

DefinicjaStandaryzacja
Kablezgodne z normami IEC 61156 i ISO/IEC 11801-X
Normy dotyczące okablowaniaZgodnie z normami ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG3 i TIA42
Standardy protokołu EthernetZgodnie z IEEE802.3
Złącza do zastosowań przemysłowychZgodne z IEC 63171-6
Złącza do okablowania budynkówZgodne z IEC 63171-1

 

Obszar stosowania

Ethernet jednoparowy spełnia wymagania różnych gałęzi przemysłu. Oznacza to, że kable są używane w zależności od zastosowania, np. do instalacji stałej, do zastosowań elastycznych lub do zastosowań bardzo dynamicznych, takich jak prowadniki kablowe lub roboty. W zależności od potrzeb klienta i zastosowania, powłoka może być wykonana z PVC, FRNC lub PUR. Można również stosować materiały wysokotemperaturowe, takie jak FEP.

TypNr częściØ mmWartość miedzi kg/kmWaga (kg)
CAN 1x2x0,34mm² PUR f. prowadnik kablowy8021826,93054
SPE 1x2xAWG22/19 PUR f. prowadnik kablowy110180686,42450
Redukcja`- 7%`- 20%`- 7%

 

Przykład 1 – AUTOMATYZACJA FABRYKIPrzykład 2 – AUTOMATYZACJA PROCESU
Kamera, czujnik, robot, maszynaZawór, pomiar ciśnienia, czujnik temperatury
 

AUTOMATYZACJA FABRYKI

 

AUTOMATYZACJA PROCESÓW

Dzięki 10BASE-T1L SPE oferuje także ogromny skok w automatyzacji procesów, w których od dziesięcioleci szybkość transmisji danych wynosiła 31,25 kBit. Na przykład, SPE10BASE-T1L 10 Mbit umożliwia transmisję wideo z kamer bezpieczeństwa na odległość do maks. 1000 m (nie jest to możliwe w przypadku magistrali Profibus PA).Oprócz możliwości rozbudowy lub zastąpienia SPE w klasycznych kablach sensorycznych i Ethernecie przemysłowym, w przyszłości pojawią się również możliwości pracy z magistralą CAN z SPE 1000Base-T1 o zasięgu do 40 m. Poza zmniejszeniem masy, pozwoli to na znaczne zwiększenie szybkości przesyłania danych.

 

 

Zasilanie przez linię danych (PoDL)

Dzięki funkcji PoDL, Ethernet jednoparowy umożliwia również zasilanie równolegle z transmisją danych. Poniższe klasyfikacje zawierają przegląd urządzeń końcowych o maksymalnej mocy 50 W.

100BASE-T1 i 1000BASE-T1

PSE12 V nieregulowane12 V regulowane24 V nieregulowane24 V regulowane48 V regulowane
Klasa0123456789
VPSE(max)(V)a18181818363636366060
VPSE_OC(min)(V)b6614,414,4121226264848
VPSE(min)(V)5,65,7714,414,411,711,726264848
IPI(max)(mA)c101227249471973392154617351360
Pclass(min)(W)d05661,313,596,791,143,975,591235,365,3
VPD(min)(V)4,944,411210,610,38,8623,321,740,836,7
PPD(max)(W)0,5135135103050

 

KLASYFIKACJA URZĄDZEŃ ZASILANYCH 10BASE-T1L PODL

Klasa101112131415
VPSE(max)(V)363636606060
VPSE_OC(min)(V)202020505050
VPSE(min)(V)202020505050
IPI(max)(mA)102155169254388400
Pclass(min)(W)2,043,13,3812,719,420
VPD(min)(V)13,9813,9613,9235,0134,8735,6
PPD(max)(W)1,432,162,358,8913,5314,24
Rozmiar AWG181424181424
Długość kabla (m)1000100030010001000300

Kable hybrydowe do większych wymagań w zakresie zasilania

Jeśli klasyfikacje PoDL do maks. 50 W nie pokrywają zapotrzebowania urządzenia na moc, kable hybrydowe SPE i złącza M8 stanowią idealne rozwiązanie dla urządzeń o większej mocy.

W tym przypadku kabel zawiera parę Ethernet o przekroju AWG 22-24 oraz dwie żyły zasilające o przekroju AWG 18, które są w stanie zasilić urządzenie do 400 W przy napięciu 60 V na odległości 40 m. W tego typu konstrukcji, ekranowanie pary Ethernet jest obowiązkowe. Opcjonalnie możliwe jest zastosowanie ekranu ogólnego.

1) Izolacje o niskiej pojemności, takie jak polietylen, magazynują mniej energii i zapewniają lepszą, bardziej wydajną transmisję danych.

« Wróć do listy artykułów

Zobacz również: