W dzisiejszym świecie sieciowym transmisja danych za pomocą Ethernetu odgrywa kluczową rolę. Jest to szczególnie prawdziwe od czasu wprowadzenia Ethernetu jednoparowego, który otworzył zupełnie nowe możliwości i wyzwania dla aplikacji przemysłowych. W poniższym artykule odpowiadamy na wszystkie ważne pytania dotyczące sieciowania i integracji urządzeń polowych oraz czujników na bazie Ethernetu jednoparowego i związanych z tym korzyści dla procesów przemysłowych.
Single Pair Ethernet, w skrócie SPE, to komunikacja oparta na sieci Ethernet, która stanowi podstawę dla różnych protokołów transmisji. Technologia end-to-end umożliwia bezpośrednią transmisję danych między czujnikiem a chmurą, co skutkuje płynną komunikacją bez zakłóceń na wszystkich poziomach piramidy automatyzacji. Upraszcza to dostęp do danych z czujników z poziomu polowego i wdrażanie aplikacji. W niektórych przypadkach technologia ta jest również błędnie określana jako "Single per Ethernet".
Model OSI (Open Systems Interconnection Model) to ramy koncepcyjne opisujące standardowe funkcje sieci komunikacyjnej lub komputerowej. Dzieli on komunikację sieciową na 7 kolejnych warstw, z których każda ma określone zadania i funkcje. Pomaga uporządkować i ustandaryzować złożoną komunikację sieciową. Ethernet jednoparowy znajduje się na najniższym poziomie, tak zwanej warstwie fizycznej.
Model OSI: (1) Warstwa fizyczna, (2) Warstwa łącza danych, (3) Warstwa sieciowa, (4) Warstwa transportowa, (5) Warstwa sesji, (6) Warstwa prezentacji, (7) Warstwa aplikacji
Główna różnica polega na liczbie par przewodów w używanym kablu danych. Podczas gdy tradycyjny Ethernet wykorzystuje 2 lub 4 pary przewodów w zależności od szybkości transmisji, SPE wymaga tylko jednej skręconej pary przewodów w ekranowanym kablu danych. Ponadto, innowacyjna technologia oparta na standardzie 10BASE-T1L umożliwia stosowanie kabli o długości do 1000 metrów, podczas gdy wcześniej powszechne były kable o długości zaledwie 100 metrów.
Skrót 10BASE-T1L to kod zawierający wiele istotnych informacji o połączeniu sieciowym. Zacznijmy od liczby 10, która mówi nam, że prędkość transmisji wynosi 10 Mbps. "BASE" odnosi się do rodzaju sygnału, co oznacza, że sygnały Ethernet mogą być przesyłane przez przewód do transmisji danych."T1" to "Twisted Pair" - nasza dobrze znana skrętka. A "L" jak "Long Distance" podpowiada, że długość kabli może sięgać aż do 1 km.
Dzięki bezbarierowemu podłączaniu urządzeń polowych, Ethernet jednoparowy otwiera drzwi do innowacji, z których mogą skorzystać liczne sektory i branże przemysłu. W szczególności obejmuje to sieci przemysłowe, aplikacje motoryzacyjne, automatykę budynków oraz inne zastosowania, gdzie wymagane jest solidne, ekonomiczne lub zajmujące mało miejsca rozwiązanie okablowania. Ethernet jednoparowy jest również preferowaną technologią do użytku w trudnych warunkach przemysłowych oraz do monitorowania klimatu w dużych magazynach i szklarniach. Wreszcie, znaczna długość przewodu oznacza, że czujniki mogą być zintegrowane na dużych odległościach.
Ethernet jednoparowy (SPE) umożliwia różne prędkości transmisji danych, które mogą się różnić w zależności od wymagań technicznych i długości przewodu. Obejmują one:
Te prędkości transmisji są przeznaczone do aplikacji, w których niezawodność jest ważniejsza niż wysokie prędkości. Rozróżnia się dwa główne typy:
Ta prędkość jest często wykorzystywana w sieciach motoryzacyjnych, gdzie oferuje dobry balans między szybkością a efektywnością kosztową. Maksymalna długość z nieekranowanym wiązaniem przewodów wynosi 15 m.
Ta wyższa prędkość transmisji jest idealna do aplikacji wymagających szybszej transmisji danych, takich jak niektóre aplikacje przemysłowe lub zaawansowane systemy w pojazdach. Długość 15 m można zrealizować z użyciem nieekranowanego przewodu, podczas gdy ekranowany przewód oferuje zasięg do 40 m.
Prędkości transmisji danych multi-gig mogą być używane w aplikacjach w sektorze motoryzacyjnym, które wymagają bardzo wysokich przepustowości, takich jak systemy wspomagania kierowcy czy systemy autopilota. Długość 15 m można zrealizować tutaj z użyciem ekranowanych przewodów danych.
| Oś czasu IEEE 802.3 | Standard IEEE 802.3 | Maks. odległość | Prędkość | Przepustowość |
Kategoria wg ISO/IEC TR11801-... | Para | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2015 | IEEE 802.3bw | 100BASE-T1 | 15 m UTP | 100 Mb/s | 66 MHz | SPE | 1 |
| 2016 | IEEE 802.3bp | 1000BASE-T1 | 40 m 15 m UTP |
1000 Mb/s | 600 MHz | SPE | 1 |
| 2019 | IEEE 802.3cg | 10BASE-T1L 10BASE-T1S |
1000 m 25 m UTP |
10 Mb/s | 20 MHz | SPE | 1 |
| 2020 | IEEE 802.3ch | Wielogigowe |
(15 m) | 2.5/5/10 Gb/s | — | SPE | 1 |
Aby zapewnić efektywną transmisję danych i kompleksowe sieciowanie, należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych czynników. Obejmują one rodzaj i jakość przewodów, sprzęt zgodny z SPE (przełączniki, routery i urządzenia końcowe SPE) oraz odpowiednie złącza i połączenia. Wymagana jest również staranna planowanie projektu sieci, uwzględnienie warunków środowiskowych oraz profesjonalna instalacja.
Ethernet jednoparowy jest uważany za pioniera automatyzacji procesów i ma potencjał, aby zasadniczo zmienić sposób przesyłania danych w zastosowaniach przemysłowych i związanych z przemysłem. Dlatego też cieszy się rosnącą akceptacją przemysłową i będzie odgrywać kluczową rolę w aplikacjach IoT w przyszłości. Obejmują one aplikacje smart city, inteligentne budynki, połączone pojazdy i wiele innych. Z technicznego punktu widzenia nie ma możliwości pominięcia technologii Single Pair Ethernet.
