Budúcnosť ethernetovej kabeláže pre ovládacie prvky, senzory a akčné členy DDS NETCOM AG
V dnešnom priemysle sa väčšinou inštalujú inštalačné káble kategórie komponentov Cat.7 alebo Cat.8. Vďaka svojim fyzikálnym prenosovým vlastnostiam sú tieto vlastnosti mimoriadne silné, ale tiež ťažké, nákladné a zodpovedajúcim spôsobom zložité na inštaláciu. V priemysle však na to, aby sme mohli efektívne integrovať senzory a akčné členy, ktoré vyžadujú malú šírku pásma, do siete OT, potrebujeme ľahší a tenší kábel, ktorý stále podporuje PoDL (Power over Data Lines), ako aj dáta a napájanie na veľké vzdialenosti môže prenášať. Dobrá správa: táto bude k dispozícii v budúcnosti.
Toto je skrátene „Single Pair Ethernet“ alebo SPE. Jedná sa o štandard kabeláže a siete, ktorý v podstate dodáva každému senzoru alebo akčnému členu elektrickú energiu a môže komunikovať prostredníctvom siete Ethernet. S SPE je už možné pripojiť zariadenia s bitovým tokom 10 Mbit/s na vzdialenosť max. 1 000 m a voliteľne použiť technológiu PoDL na elektrické napájanie (ethernetový štandard IEEE P802.3cg 10 Mbit/s). To by mohlo skutočne nahradiť všetky technológie prevádzkovej zbernice dátovými rýchlosťami od stovky kbit/s do 10 Mbit/s. Najdôležitejším kritériom je veľký dosah max. 1 000 m. SPE možno navyše použiť aj vo vzdialených a potenciálne výbušných prostrediach, pretože je možné diaľkové napájanie koncových zariadení.
Single pair Ethernet sa už úspešne používa v automobilovom priemysle. Systémy káblových zväzkov vo vozidle a siete vo vozidle výrazne profitovali z práce, ktorú tímy pre vývoj automobilov vykonali v spolupráci so svojimi partnermi pre káble a konektory. Výsledkom tejto práce bolo v roku 2015 vydanie technologického štandardu IEEE 802.3bw, 100BASE-T1 pre siete vo vozidle. Inovatívne asistenčné systémy pre vodiča a výpočtovo náročné displeje vyžadovali nákladovo efektívne a rýchle komunikačné siete, pretože súčasné vozidlá si medzi elektronickými riadiacimi jednotkami (ECU) vymieňajú obrovské množstvo údajov v reálnom čase, ako aj firmvéru a softvéru. IEEE 802.3bw (100BASE-T1) bol vytvorený vývojom nového prenosového protokolu na fyzickej vrstve (PHY), pre ktorý stačí jeden pár vodičov.
Dnes 100BASE-T1 umožňuje prenos zvukových, obrazových údajov, pripojeného automobilu, firmvéru/softvéru a kalibračných údajov vo vozidlách s ethernetovými protokolmi na premostenie zvukových signálov (AVB) prostredníctvom netieneného kábla krúteného páru. Protokoly AVB vyvinuté pracovnou skupinou IEEE Time-Sensitive Networking ponúkajú nízku deterministickú latenciu, synchronizované uzly a formovanie prenosu (kategorizáciu dátového prenosu). Tieto aspekty sú dôležité pre komunikáciu rôznych typov informácií v automobilových systémoch, pretože 100BASE-T1 sa môže použiť na prenos rôznych typov údajov s rôznymi prioritami (nízka dátová rýchlosť s vysokou prioritou alebo vysoká dátová rýchlosť s nízkou prioritou a časová synchronizácia).
V oblasti výroby a automatizácie procesov boli zaznamenané úspechy automobilového priemyslu so spoločnosťou SPE. V súčasnosti sa vyvíjajú dva nové káblové štandardy, aby sa v týchto odvetviach umožnilo použitie na dlhých prenosových trasách. IEC 61156-13 a IEC 61156-14 popisujú symetrické jednopárové káble s prenosovými vlastnosťami do 20 MHz na vzdialenosti až 1000 m, ktoré podporujú 10 Mbit/s pre hlavne priemyselné aplikácie. Typ kábla je určený pre tienené kanály, ktoré tiež podporujú vzdialené napájanie. Časť 13 popisuje káble SPE pre vodorovné podlahové vedenie. Tento typ kábla má pevný žíhaný medený vodič s menovitým priemerom medzi 0,64 a 1,7 mm. Časť 14 je určená na flexibilnú kabeláž (vedenie pracovnej plochy).
Dnes veľa organizácií usilovne pracuje na dokončení technológie Single Pair Ethernet pre úspešné použitie v priemysle. V súčasnosti prebieha vývoj pokrokovej fyzickej vrstvy (APL) pre ethernet, ktorú je možné použiť v automatizácii procesov a inštrumentácii, aby bolo možné používať prevádzkové zariadenia na vzdialených a potenciálne výbušných miestach. Elektrická energia a dáta sa prenášajú do poľných prístrojov prostredníctvom tieneného krúteného páru SPE kábla. Dlho očakávané použitie technológie „Ethernet až do konca poľa“ bude definitívne možné do roku 2021/2022.
V roku 2016 boli zverejnené štandardy IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 pre vyššie dátové rýchlosti a štandard SPE IEEE 802.3bu pre Power over Data Lines (PoDL) cez symetrický jeden krútený pár Ethernet. Išlo o ďalší míľnik vo vývoji SPE. Normy pre káble a konektory SPE v súčasnosti vyvíjajú rôzne medzinárodné a národné normalizačné orgány a organizácie používateľov. Existujú káblové štandardy pre aplikácie na veľké vzdialenosti s prenosovými vlastnosťami do 20 MHz (IEC 61156-13 a -14), ako aj pre aplikácie s vyššími dátovými rýchlosťami a prenosovými vlastnosťami do 600 MHz a so vzdialenosťami do 40 m (IEC 61156-11 a -12), každý pre pevnú a flexibilnú inštaláciu. V súčasnosti sa pripravuje štandard flexibilnej kabeláže. Pre rôzne aplikácie sa pripravuje šesť nových štandardov konektorov. Štyri z týchto konektorov SPE podľa IEC 63171, časti 1 až 4, sú klasifikované pre kancelárske prostredie (IP20), IEC 63171-5 a IEC 63171-6 špecifikujú konektory SPE pre priemyselné prostredie (IP65/67).
Norma „Generická kabeláž pre zákaznícke priestory ISO/IEC 3WD TR 11801 časť 9906 - technická správa: Vyvážené 1-párové káblové kanály až do 600 MHz“ popisuje symetrické jednopárové kanály pre podporu jednopárových ethernetových aplikácií podľa štandardov IEEE 802.3 SPE. Tieto štandardy určujú, že 1 000 Mbit/s (IEEE 802.3bp) do 40 m, 100 Mbit/s (IEEE 802.3bw) s netienenými káblami do 15 m alebo 10 Mbit/s (IEEE 802.3cg) do 1 000 m sú prípustné, pričom možný rozsah určuje konštrukcia kábla a priemer drôtu.
Výsledkom týchto štandardizačných a výskumných aktivít pre SPE a pokroku, ktorý sa dosiahol, je teraz dosiahnuť čo najrýchlejšiu využiteľnosť technológie Single Pair Ethernet v priemyselnom sektore. Vďaka komplexnej škále komponentov, zariadení a aplikácií pre technológiu Single Pair Ethernet sa priemysel 4.0 stáva škálovateľným, deterministickým a plne kompatibilným.
Za účelom splnenia požiadaviek automatizácie výroby a procesov sa štandardy IEEE 802.3 neustále vyvíjajú a zdokonaľujú. Bola založená pracovná skupina IEEE P802.3ch pre Multi-Gig Automotive Ethernet s cieľom ďalšieho vývoja štandardu IEE 802.3 pre viac ako 1 Gbit/s pre automobilový priemysel Ethernet. Okrem toho existujú výskumné projekty, vďaka ktorým je tento štandard použiteľný pre priemyselný sektor a stavebníctvo. Vďaka výhodám technológie SPE v podobe miniaturizácie a redukcie hmotnosti v kombinácii s technológiou jednoduchého pripojenia je táto inovácia zaujímavá pre automatizačnú techniku, automatizáciu procesov, kabeláž budov, železničnú techniku, automobilový priemysel a mnoho ďalších aplikácií. Lacné, spoľahlivé káble, konektory a aktívne komponenty, ktoré zodpovedajú normám SPE, znižujú a znižujú priestor pre kontrolu výkonu a teploty vo všetkých subsystémoch v továrni. Podstatne jednoduchšie vedenie kabeláže a inštalácia komponentov tiež zníži náklady na materiál a prácu.
Káble z optických vlákien na dlhé prenosové vzdialenosti a tienené ethernetové káble CAT7/Cat.8 vyrobené zo medi so štyrmi pármi vodičov pre vysoké dátové rýchlosti 10 Gbit/s sa budú naďalej používať. V budúcnosti však budú dáta zo senzorov, akčných členov a PLC schopné prenášať zaznamenané dáta na centrálne dátové diaľnice bez zodpovedajúcich protokolových brán a bez proprietárnych rozhraní. Sme presvedčení, že z toho môže mať prospech celé priemyselné odvetvie. V tomto zmysle. Budeme vás informovať.