Povezane naprave z naprednimi funkcijami zaznavanja in krmiljenja postajajo vse bolj pogoste v industrijskih aplikacijah, zaradi česar se med njihovo medsebojno povezavo pojavi koncept industrijske medsebojne povezave. Ne glede na to, ali je žično ali brezžično, je izboljšanje učinkovitosti avtomatizacije postalo glavna prednostna naloga. Visoka gostota naprav za zaznavanje in krmiljenje seveda vodi do povečane medsebojne povezanosti. Čeprav lahko industrijska brezžična omrežja do določene mere obravnavajo nekatere izzive medsebojnega povezovanja, običajno zahtevajo neko obliko fizične povezave, brezžična omrežja pa niso primerna za vsa industrijska okolja.
Vzpon etherneta z enim-parom (SPE) v industrijskih scenarijih
Pri zgoraj omenjeni medsebojni povezavi lahko ethernetna povezava zahteva več žic za hiter 100 Mbps Ethernet ali celo Gbps Ethernet. Pomanjkljivosti, kot so kompleksnost, visoki stroški in nezmožnost zagotavljanja pravočasne izmenjave informacij, ki jih zbirajo senzorji, ne izpolnjujejo pričakovanj industrijskega povezovanja.
Tehnologija Ethernet z enim-parom je povezovalna tehnologija, ki lahko doseže hitrost 1 Gb/s na kratkih razdaljah in omogoča dvosmerno-komunikacijo. Sprva se je ta povezovalna tehnologija pogosto uporabljala v avtomobilskih aplikacijah. V skladu s standardom prenosa IEEE 802.3 je bila tehnologija enojnega-parica Ethernet integrirana v vozila nove-generacije, ki nadomešča CAN in druge sisteme vodil. Ta tehnologija lahko združi krmilne, komunikacijske in različne varnostne funkcije za delovanje prek Etherneta, kar natančno ustreza potrebam medsebojnega povezovanja industrijske avtomatizacije.
Najbolj neposreden vodilni dejavnik za uvedbo eno-pairnega etherneta v industrijskih scenarijih je zadovoljiti povpraševanje po učinkoviti dvo-smerni komunikaciji v aplikacijah. Hitrost povezave 1 Gb/s omogoča-varne povezave v realnem času od naprav do infrastrukture in od naprav do oblaka. Poleg stroškov in enostavne uporabe je zaradi izboljšave analize podatkov senzorjev in pospeševanja odziva na napake zelo privlačen.
Kakšne so prednosti etherneta z enim-parom?
Prvič, ni potrebe po primerjanju enega-parnega Etherneta z brezžičnimi povezavami, ki v industrijskih scenarijih niso univerzalne. V primerjavi z drugimi žičnimi povezavami eno-pair Ethernet zagotavlja napajanje prek podatkovne linije (PoDL) v istem kompaktnem vmesniku z uporabo samo dveh kablov za prenos podatkov in napajanja. Tradicionalne žične povezave uporabljajo štiri kable. Manj kablov pomeni nižje stroške in večjo svobodo za mehansko opremo. Ali z bolj kritičnega vidika zmanjšanje vsebnosti bakra (Cu) v kablih pomeni tudi hitrejši prenos z manj energije? V zvezi s tem je analiza stroškov-koristi eno-parice Ethernet nedvomno ugodna.
SPE Technology, SPE Alliance
Kot že omenjeno, lahko en-par Ethernet doseže hitrost 1 Gb/s na kratkih razdaljah z dolžino kabla do 1000 metrov pri hitrosti prenosa 10 MB/s, pri čemer za podatkovno komunikacijo uporablja pasovno širino 600 MHz. Njegove komunikacijske prednosti so očitne in jih ni treba dodatno razlagati. Omeniti velja, da se en terminal eno-parne ethernetne povezave uporablja za prenos podatkov 1 Gbps/600 MHz, drugi pa podpira prenos energije s tokom do 8 A. Ta mešana povezava podatkov in napajanja mora biti fizično zaščitena in ločena, da se prepreči motenje med napajalnimi in podatkovnimi signali.
Na splošno ta tehnologija zmanjša celotno velikost konektorjev in zmanjša delovno obremenitev na številnih terminalih. En-par Ethernet spusti Ethernet na raven senzor-aktivatorja in neposredno poveže senzorje in aktuatorje s sistemi za avtomatizacijo ali oblakom, kar zagotavlja znatno pomoč pri industrijski medsebojni povezavi.
Izziv PoDL z ethernetnim-parom
Prejšnja omemba Power over Data Line (PoDL) v kompaktnih vmesnikih prav tako obravnava neučinkovitost prenosa električne energije na velike-razdalje. Trenutno lahko standardne eno{2}}parne ethernetne podatkovne povezave dosežejo 50 W, mešane moč-podatkovne povezave pa lahko zagotovijo do 400 W pri 48 V. Tukaj se pojavi težava: visoke ravni moči lahko povzročijo, da PoDL odstopa od standardov. Večina električnih naprav lahko sprejme 10 % padec napetosti, medtem ko PoDL dovoljuje največ 20 %. Pri preskusih moči na kabelskih snopih PoDL lahko 40-metrska dolžina kabla pod tem pogojem približa moč 200 W, in ko je kabel krajši od 20 metrov, visoka raven moči doseže 400 W. Da bi se izognili odstopanju PoDL od standardov, se ta največja vrednost običajno ne uporablja.
Uporaba PoDL združuje podatkovne in napajalne kable v isto žico. Čeprav ta nastavitev omogoča hkraten prenos podatkov in moči, ima pomanjkljivost: nalaga stroge zahteve glede hrupa in hitrosti spreminjanja ravni moči, saj bo v nasprotnem primeru prizadet prenos podatkov. Zato je uporaba dobrih filtrirnih vezij za dušenje takšnega hrupa še posebej pomembna v industrijskih okoljih, zlasti za hrup, ki nastane v območju nižjih megahercev (glejte spodnjo sliko).
Povzetek
En-par Ethernet predstavlja priložnost za standardizacijo protokolov v celotnem industrijskem omrežju. Zakaj? Glede na ogromno število senzorjev in aktuatorjev v industrijski opremi, medtem ko je Ethernet standard za številna industrijska omrežja, je industrijska realnost polna različnih sistemov in množice tradicionalnih prehodov. Vloga etherneta z enim-parom pri premoščanju etherneta z drugimi sistemi je pritegnila več pozornosti industrije kot njegove prednosti same zmogljivosti.