Prepojené zariadenia s pokročilými snímacími a riadiacimi funkciami sa preukázateľne stávajú čoraz bežnejšími v priemyselných aplikáciách a v procese prepájania týchto zariadení sa začína presadzovať koncept priemyselnej prepojiteľnosti. Či už káblové alebo bezdrôtové, zlepšenie efektivity automatizácie sa stalo najvyššou prioritou. Vysoká hustota snímacích a riadiacich zariadení prirodzene vedie k zvýšeniu vzájomnej konektivity a je nepopierateľné, že zatiaľ čo priemyselné bezdrôtové siete môžu do určitej miery riešiť niektoré problémy vzájomnej konektivity, priemyselné bezdrôtové siete zvyčajne vyžadujú určitý typ fyzického pripojenia a bezdrôtové siete nie sú vhodné pre všetky priemyselné prostredia.
Single{0}}Pair Ethernet (SPE) na vzostupe v priemyselných scenároch
Vo vyššie opísaných prepojeniach môže ethernetové pripojenie vyžadovať viacero káblov pre rýchly 100 Mb/s Ethernet alebo dokonca Gb/s ethernetové káble. Zložitosť, vysoké náklady a nezabezpečenie včasnej výmeny informácií zozbieraných senzormi sú všetky nevýhody, ktoré nespĺňajú očakávania priemyselných prepojení.
Jedno{0}}párový Ethernet je technológia, ktorá umožňuje pripojenie rýchlosťou až 1 Gb/s na krátke vzdialenosti a obojsmernú-komunikáciu. Jednopárový Ethernet, ktorý sa pôvodne používal v automobiloch, bol integrovaný do nových generácií vozidiel a nahradil CAN a ďalšie zbernicové systémy v súlade s prenosovým štandardom IEEE 802.3. Technológia umožňuje centralizovať a ovládať riadiace, komunikačné a rôzne ďalšie bezpečnostné funkcie cez Ethernet, čo je presne to, čo je potrebné pre prepojenia priemyselnej automatizácie.
Najbezprostrednejším hnacím motorom pre zavedenie jedno{0}}párového Ethernetu v priemyselných scenároch je splnenie potreby aplikácie efektívnej obojsmernej{1}}komunikácie s rýchlosťou pripojenia 1 Gb/s umožňujúcou obojsmernú-komunikáciu pre-bezpečné zariadenia v reálnom čase-k-infraštruktúre a pripojenie zariadenia-do-cloudu. Nehovoriac o cene a jednoduchosti{10}}používania{11}}funkcií jednopárového{12}}ethernetu, jeho vylepšená analytika snímaných údajov a rýchlejšia doba odozvy na nesprávne pripojenia sú dostatočne atraktívne.
Aké sú výhody-jednopárového Ethernetu?
Po prvé, nie je potrebné porovnávať jeden{0}}párový ethernet s bezdrôtovými pripojeniami, ktoré nie sú univerzálne použiteľné v priemyselných scenároch. V porovnaní s inými káblovými pripojeniami poskytuje jeden-pár Ethernet napájanie cez dátové linky (PoDL) v rovnakom kompaktnom rozhraní, ktoré umožňuje prenos údajov aj napájania iba pomocou dvoch káblov. Tradičné káblové pripojenia sú štyri káble a menej káblov znamená nižšie náklady a väčšiu slobodu pre mechanické zariadenia. Z náročnejšieho hľadiska znamená zníženie obsahu Cu v kábli aj to, že na dosiahnutie rýchlejšieho prenosu možno použiť menej energie. V tomto prípade náklady nie sú v žiadnom prípade zlým riešením.
Ako už bolo spomenuté vyššie, jeden-pár Ethernet je schopný dosiahnuť rýchlosť pripojenia 1 Gb/s na krátke vzdialenosti, s dĺžkou kábla až 1 000 metrov, prenosovou rýchlosťou 10 MB/s a šírkou pásma 600 MHz pre dátovú komunikáciu. Komunikačné výhody sú zrejmé a netreba ich ďalej rozvádzať. Znepokojuje nás, že jeden z terminálov jednopárového ethernetového pripojenia sa používa na prenos dát rýchlosťou 1 Gbps/600 MHz, zatiaľ čo druhý podporuje prenos energie pri prúdoch až 8 A. Toto miešanie údajov a napájania musí byť oddelené kovovým štítom, aby sa zabránilo interferencii medzi napájacím a dátovým signálom.
Celkovo táto technológia znižuje celkovú veľkosť konektora a znižuje pracovné zaťaženie mnohých terminálov. Jeden-pár Ethernet znižuje Ethernet na úroveň snímača a pripája snímač priamo k automatizačnému systému alebo ku cloudu, čo je skvelá pomôcka pre priemyselné prepojenia.
Problémy PoDL s jedným-párovým ethernetom
Power over Data Line (PoDL) v kompaktných rozhraniach bolo spomenuté vyššie a ďalšou úlohou PoDL je zlepšiť neefektívnosť prenosu energie na veľké vzdialenosti. Súčasné štandardné jednopárové ethernetové dátové pripojenie je schopné dosahovať až 50 W. Hybridné dátové pripojenia môžu mať výkon až 400 W pri 48 V. Problém tu vzniká v tom, že vysoké úrovne výkonu môžu spôsobiť odchýlku PoDL od štandardu. Pre veľkú väčšinu elektrozariadení je akceptovateľný pokles napätia o 10 %, pre PoDL môže ísť táto hodnota až o 20 %. Pri výkonových testoch vykonaných na PoDL postrojoch, dĺžka kábla 40 metrov v tomto prípade vedie k výkonu blízkemu 200 W. Keď je kábel menší ako 20 metrov, vysoké úrovne výkonu dosahujú 400 W. Aby sa PoDL neodchýlilo od štandardu, táto maximálna hodnota sa zvyčajne nepoužíva.
Použitie PoDL umožní kombináciu dátových a napájacích zväzkov na rovnakom kábli. Toto nastavenie umožňuje simultánne dodávanie údajov a výkonu, má však nevýhodu v tom, že má prísne požiadavky na rýchlosť zmeny úrovne hluku a výkonu, ktoré by inak rušili prenos údajov. Preto je obzvlášť dôležité používať dobré filtračné obvody v priemyselnom prostredí na potlačenie tohto hluku, najmä ak je generovaný v nižšom rozsahu megahertzov
Testovanie hluku
Zhrnutie
Jeden-pár Ethernet poskytuje príležitosť na štandardizáciu protokolov v rámci priemyselných sietí. prečo? Ak vezmeme do úvahy obrovský počet senzorov a akčných členov v priemyselnom zariadení, zatiaľ čo Ethernet je štandardom pre mnohé priemyselné siete, v reálnom svete priemyselných scenárov dochádza k množeniu systémov a radu starších brán, ktoré sú príliš početné na to, aby ich bolo možné spočítať. Úloha jednopárového ethernetu pri preklenutí priepasti medzi ethernetom a inými systémami všetkých druhov je to, o čo sa toto odvetvie zaujíma viac než len o jeho výkonnostné výhody.