Połączone urządzenia z zaawansowanymi funkcjami wykrywania i sterowania stają się coraz bardziej powszechne w zastosowaniach przemysłowych, a w procesie łączenia tych urządzeń koncepcja wzajemnych połączeń przemysłowych zaczyna się rozwijać. Niezależnie od tego, czy jest to rozwiązanie przewodowe, czy bezprzewodowe, poprawa wydajności automatyzacji stała się najwyższym priorytetem. Duża gęstość urządzeń czujnikowych i sterujących w naturalny sposób prowadzi do wzrostu wzajemnych połączeń i nie można zaprzeczyć, że chociaż przemysłowe sieci bezprzewodowe mogą w pewnym stopniu sprostać niektórym wyzwaniom związanym z wzajemnymi połączeniami, przemysłowe sieci bezprzewodowe zazwyczaj wymagają pewnego rodzaju połączenia fizycznego, a sieci bezprzewodowe nie są odpowiednie dla wszystkich środowisk przemysłowych.
Jedno-jednoparowy Ethernet (SPE) zyskuje coraz większą popularność w scenariuszach przemysłowych
W przypadku połączeń wzajemnych opisanych powyżej połączenie Ethernet może wymagać wielu przewodów w przypadku szybkich przewodów Ethernet 100 Mb/s lub nawet Gb/s Ethernet. Złożoność, wysoki koszt i brak zapewnienia terminowej wymiany informacji zebranych przez czujniki to wady, które nie spełniają oczekiwań połączeń przemysłowych.
Ethernet jedno-parowy to technologia umożliwiająca połączenie z szybkością do 1 Gb/s na małe odległości i komunikację dwukierunkową. Początkowo szeroko stosowany w samochodach, jedno-parowy Ethernet został zintegrowany z pojazdami nowej generacji i zastąpił CAN i inne systemy magistrali zgodnie ze standardem transmisji IEEE 802.3. Technologia ta umożliwia centralizację sterowania, komunikacji i różnych innych funkcji bezpieczeństwa oraz obsługę ich za pośrednictwem sieci Ethernet, co jest dokładnie tym, czego potrzeba w przypadku połączeń automatyki przemysłowej.
Najbardziej bezpośrednim czynnikiem wprowadzenia-jednoparowej sieci Ethernet w scenariuszach przemysłowych jest zaspokojenie zapotrzebowania aplikacji na wydajną-komunikację dwukierunkową, przy prędkości połączenia 1 Gb/s, która umożliwia-dwukierunkową komunikację-w czasie rzeczywistym, bezpiecznym urządzeniem-z-infrastrukturą i połączenie urządzenia-z-chmurą. Nie wspominając już o kosztach i łatwości-użytkowania-jednoparowej sieci Ethernet, a jej ulepszona analityka wykrytych danych i szybszy czas reakcji na nieprawidłowe połączenia są wystarczająco atrakcyjne.
Jakie są zalety jedno-jednoparowego Ethernetu?
Po pierwsze, nie ma potrzeby porównywać-jednoparowej sieci Ethernet z połączeniami bezprzewodowymi, które nie mają uniwersalnego zastosowania w przemyśle. W porównaniu do innych połączeń przewodowych, jedno-parowy Ethernet zapewnia zasilanie przez linie danych (PoDL) w tym samym kompaktowym interfejsie, umożliwiając transmisję danych i zasilania za pomocą tylko dwóch kabli. Tradycyjne połączenia przewodowe składają się z czterech kabli, a mniejsza liczba kabli oznacza niższe koszty i większą swobodę dla sprzętu mechanicznego. Czy z trudniejszego punktu widzenia zmniejszenie zawartości Cu w kablu oznacza również, że do osiągnięcia szybszej transmisji można zużyć mniej energii? W tym przypadku koszt nie jest wcale zły.
Jak wspomniano powyżej, jedno-parowy Ethernet może osiągnąć prędkość połączenia 1 Gb/s na krótkich dystansach, przy długości kabla do 1000 metrów, szybkości transmisji 10 MB/s i szerokości pasma transmisji danych 600 MHz. Korzyści komunikacyjne są oczywiste i nie wymagają dalszego opisywania. Niepokoi nas to, że jeden z zacisków jedno-parowego połączenia Ethernet służy do transmisji danych z szybkością 1 Gb/s/600 MHz, a drugi obsługuje transmisję mocy przy prądach do 8 A. To mieszanie danych i zasilania musi być oddzielone metalową osłoną, aby uniknąć zakłóceń pomiędzy sygnałami zasilania i danych.
Ogólnie rzecz biorąc, technologia ta zmniejsza całkowity rozmiar złącza i zmniejsza obciążenie wielu terminali. Jedno-parowy Ethernet sprowadza Ethernet do poziomu elementu wykonawczego czujnika i łączy element wykonawczy czujnika bezpośrednio z systemem automatyki lub chmurą, co jest bardzo pomocne w przypadku połączeń przemysłowych.
Problemy z PoDL w przypadku jedno-Ethernetu
O trybie Power over Data Line (PoDL) w kompaktowych interfejsach wspomniano powyżej, a kolejną rolą PoDL jest poprawianie nieefektywności przesyłu mocy na duże odległości. Obecne standardowe jedno-parowe połączenie danych Ethernet ma moc do 50 W. Hybrydowe połączenia danych mogą mieć moc nawet 400 W przy 48 V. Pojawia się problem polegający na tym, że wysoki poziom mocy może powodować odbieganie PoDL od standardu. Dla zdecydowanej większości urządzeń elektrycznych dopuszczalny jest spadek napięcia o 10%, dla PoDL wartość ta może sięgać nawet 20%. W testach mocy przeprowadzonych na wiązkach PoDL, w tym przypadku kabel o długości 40 metrów daje moc bliską 200 W. Gdy kabel jest krótszy niż 20 metrów, wysokie poziomy mocy sięgają 400 W. Aby uniknąć odchyleń PoDL od standardu, ta maksymalna wartość zwykle nie jest używana.
Zastosowanie PoDL umożliwi połączenie wiązek danych i zasilania na tym samym kablu. Taka konfiguracja zapewnia jednoczesne dostarczanie danych i mocy, ale ma tę wadę, że ma rygorystyczne wymagania dotyczące szybkości zmian poziomu szumu i mocy, które w przeciwnym razie zakłócałyby transmisję danych. Dlatego szczególnie ważne jest stosowanie dobrych obwodów filtrujących w środowiskach przemysłowych w celu tłumienia tego szumu, zwłaszcza gdy jest on generowany w dolnym zakresie megaherców
Testowanie hałasu
Streszczenie
Jedno-parowy Ethernet umożliwia standaryzację protokołów w sieciach przemysłowych. Dlaczego? Biorąc pod uwagę samą liczbę czujników i elementów wykonawczych w obiekcie przemysłowym, podczas gdy Ethernet jest standardem w wielu sieciach przemysłowych, w rzeczywistym świecie scenariuszy przemysłowych występuje mnogość systemów i szereg starszych bramek, których nie sposób zliczyć. Rola jedno-pary Ethernet w wypełnianiu luki pomiędzy siecią Ethernet a innymi systemami wszelkiego rodzaju jest tym, czym branża jest bardziej zainteresowana niż tylko korzyściami w zakresie wydajności.