Ще одна тенденція - поширення протоколу Ethernet на нові області застосування, включаючи транспорт (поїзди, трамваї та літаки). Автомобільна промисловість влаштувалась на Ethernet, щоб замінити старі шинні системи Controller Area Network (CAN) на технологію, яка може забезпечити більш високу швидкість передачі даних для передових систем допомоги водіям (ADAS) та інформаційних розваг. У цьому вимогливому застосуванні однопарний Ethernet (SPE), використовуючи лише одну виту пару мідних проводів, забезпечує швидкість передачі даних, необхідну для кабелів, що мають вагу, аналогічну вазі кабелів CAN.
Поєднання вимог сучасних, підключених заводів та тенденції до впровадження Ethernet у нові сфери означає, що Ethernet по одній крученій парі є провідним претендентом на майбутнє промислових комунікаційних застосунків.
Оскільки SPE використовує лише два дроти, його кабелі прості, дешеві, легкі та прості в монтажі. Існує компроміс між довжиною і швидкістю передачі даних, але автомобільна промисловість використовує швидкість передачі до 1 Гбіт/секунду на цьому середовищі, що більш ніж достатньо для більшості промислових застосувань.
«Розвиток Ethernet за останні 30 років був зосереджений на з’єднанні людей; З SPE вперше розробка Ethernet орієнтована також на з'єднання речей", - каже Ерік Леійтенс, керівник відділу управління продуктами та керуючий директор TE Connectivity, маючи на увазі додатки з низькою швидкістю передачі даних, для яких потрібні невеликі, легкі кабелі. "Вартість за вузол, простота установки, гнучка проводка лише двома проводами та довші відстані для меншої пропускної здатності - це явна перевага технології, яка зробить інтеграцію всіх пристроїв у розумну мережу економічно та технічно можливою".
Прийняття технології Ethernet дозволило б спілкуватися на базі Інтернет-протоколу (IP) від хмари до самого сенсорного вузла для інтегрованих галузевих додатків. У довгостроковій перспективі цей єдиний протокол може замінити або принаймні раціоналізувати деякі з багатьох протоколів Fieldbus, які зараз використовуються. Перехід до протоколу, заснованого на стандартах, поліпшить сумісність, тобто більше не буде витрачатися час на переклад між протоколами для різних пристроїв. Ethernet також спростить налаштування параметрів пристрою, ініціалізацію та програмування.
"SPE набирає силу в галузях, що примикають [до розумних заводів], таких як транспорт", - сказав Леійтенс. «Великий успіх у цих галузях забезпечить доступність цієї технології на найближчі кілька десятиліть. Це робить технологію цікавою для промислових ринків. За допомогою цієї технології стане можливим з'єднати найнижчі рівні піраміди автоматизації. Ми очікуємо, що перше використання в галузі обчислювальних технологій та конкретних додатків отримає найбільше користі від цієї технології».
Кевін Кенхем, менеджер із продуктів та додатків компанії Harting, також бачить, що SPE набуває великого значення в технології автоматизації, де, за його словами, це «надалі розвивається цілеспрямовано». Він додав, що "простота технології та пов'язане з цим зменшення ваги, потреби у просторі та зусиллях з монтажу" вказують на її розповсюдження "в рамках технології автоматизації, залізничної галузі та промисловості в цілому".
ТЕХНІЧНІ СПЕЦИФІКАЦІЇ
На сьогодні для використання в автомобілях використовуються два типи однопарного Ethernet. Для автомобілів 100Base-T1 надсилається по неекранованому кабелю з витою парою (UTP), щоб зменшити вагу; його дальність - 15 метрів (IEEE 802.3bw). Для більш жорсткого середовища електромагнітної сумісності (EMC) вантажних автомобілів та автобусів використовується 1000Base-T1 з екранованими кабелями крученої пари (STP), а дальність передачі підвищується до 40 м (IEEE 802.3bp). Промислові програми використовуватимуть новий варіант, 10Base-T1 (10 Мбіт/с). Робоча група IEEE 802.3cg також працює над двома типами: 10Base-T1S матиме діапазон 15 м, а 10Base-T1L - дальність дії 1000 м. Щоб досягти більшого діапазону, затухання зменшується при роботі на меншій частоті; T1L використовує приймач на 20 МГц, у порівнянні з 200 МГц для T1S. Обидва пропонують можливість передачі живлення (PoDL) по дротах даних (IEEE 802.3bu).
Як і будь-яка нова технологія, необхідно буде розробити нову екосистему мікросхем, кабелів, роз'ємів та тестових рішень фізичного рівня (PHY). Що стосується з'єднувачів, міжнародний процес відбору під керівництвом Міжнародної електротехнічної комісії (IEC) прийняв рішення щодо двох дизайнів конструкцій для 10Base-T1. Перший, заснований на дизайні CommScope, призначений для автоматизації побудови програм (охоплений IEC 63171-1). Другий - для промислових застосувань і базується на пропозиції компанії Harting (IEC 63171-6).
СТАНДАРТНЕ ОБЛИЧЧЯ
Вибраний для промислового застосування дизайн заснований на дизайні Harting T1. "Промисловий роз'єм Harting T1 був концептуально розроблений для більшої пропускної здатності, для швидкості передачі даних від 10 Мбіт/с до гігабітного SPE, а також для вимогливих промислових середовищ в інтегрованій галузі", - каже Кенхем. "Це означає, що він може запропонувати необхідну інфраструктуру для всієї екосистеми IIoT, з пакетами рішень для підключення до хмарних або крайових обчислювальних пристроїв." Нові промислові з'єднувачі істотно відрізняються від автомобільних з'єднувачів SPE. "Хоча на вигляд вони схожі, продукт Harting був розроблений таким чином, щоб він був більш міцним для промислових середовищ", - сказав Кенхем. «Сюди входить металева система блокування, виготовлена з нержавіючої сталі. В автомобільному середовищі вимоги не такі суворі, тому частіше застосовуються фіксатори тертя або пластикові засувки. Це також дозволяє зменшити потенційні витрати на транспортні засоби масового виробництва».
Двоконтактний дизайн SPE Harting розроблений таким чином, щоб він включався в роз'єми для діапазону рівнів MICE (MICE належати до рівня механічної ударної/вібраційної стійкості, захисту від втручання, хімічної стійкості та сумісності з ЕМС). Рівень MICE 1 відповідає рівню IP20, підходить для стандартних офісних умов; MICE 2 призначений для міцних деталей з додатковим захистом для виробничого рівня. MICE 3, найвищий рівень, відноситься до повністю захищених роз'ємів для зовнішніх застосувань та для суворіших промислових умов. "Система підключення [Harting's SPE] може бути вставлена в різні корпуси з'єднувачів, починаючи від IP20 до IP65/67 екологічно захищених додатків", - каже Кенхем. «Конструкція така, що вона могла бути інтегрована у типово використовувані інтерфейси на ринку сучасного ринку автоматизації; до них можна віднести формати M8 та M12. Для отримання найвищого рейтингу MICE, контактна частина може бути вбудована в продукти, повністю закриті M8 або M12. Надалі вони будуть запропоновані як M8/M12 версії push/pull для швидкого з'єднання."
ЛАНЦЮГ ПОСТАВКИ КОНЕКТОРІВ
Хоча Harting розробляє асортимент продукції для промислових SPE, інтелектуальна власність по дизайну T1 є вільно доступною, щоб інші компанії могли почати розробляти власні сумісні роз'єми. Компанії все ще зможуть диференціювати свою продукцію на основі власних нововведень щодо з'єднання кабелю та з'єднувача, а також для корпусу з'єднувача. Результатом стане екосистема продуктів з різною швидкістю, цілісністю, міцністю, розміром та вартістю.
Harting вже оголосив про офіційну співпрацю з TE Connectivity та Hirose.
«ТЕ працює в області SPE і має рішення на ринку протягом чотирьох років; ми бачимо використання в багатьох різних програмах", - каже Леійтенс від TE. “TE промислові роз'єми SPE гарантують повну відповідність стандарту IEC 63171-6, пропонуючи безперебійне функціонування з компонентами екосистеми SPE. Це забезпечить інфраструктуру для промислового IoT. Стандарт IEC пропонує гнучкі рішення для середовищ IP20 та IP67, включаючи різні варіанти живлення. Система буде гнучкою та масштабованою для різних потреб у застосуванні».
Чи матиме проєкт TE будь-яку схожість зі своїми автомобільними роз'ємами SPE? "Промислові роз'єми SPE будуть використовувати ті самі технології ТЕ, пропонуючи схожі класи надійності та продуктивності", - сказав Леійтенс. "Вони будуть зосереджені на підключенні пристрою до пристрою, з гнучкістю в технологіях підключення та енергетичних рішеннях".
БІЛЬШЕ НІЯКОГО RJ45?
Чи означатиме поява однопарного Ethernet те, що час для стандартного промислового роз'єму RJ45 вже пройшов? Роз'єм-"робочий кінь" 8P8C для багатопарного зв'язку Ethernet був виготовлений водонепроникним, захищеним від пилу та вібрації та упакований у різні корпуси, що підходить для багатьох промислових застосувань. Леійтенс з TE сумнівається, що незабаром ми побачимо кінець цього популярного роз'єму. "Переваги однопарної Ethernet полягають в основному в нижчих рівнях піраміди автоматизації для простого встановлення, невеликих і дуже надійних з'єднань навіть у найсуворіших умовах", - сказав він. «RJ45 продовжуватиме використовуватися, особливо на більш високому рівні піраміди автоматизації. Завдяки агрегуванню даних буде потрібна більша пропускна здатність, особливо для підключення до систем планування ресурсів підприємства та систем виконання виробничих процесів».
Зрештою, ми може й попрощаємся з промисловим RJ45, каже Карт з Harting, але якщо це станеться, то десь пізніше в майбутньому. "Промисловість завжди наполягає на тому, щоб конструкції були меншими, економічнішими та легшими за вагою", - каже Кенхем. «SPE [роз'єм] може запропонувати аналогічні експлуатаційні характеристики RJ45, і коли до цього додадуться виробники чіпів, як це має місце в автомобільній промисловості, SPE може бути прийнятною альтернативою. "Завдяки мільярдам RJ45 з'єднань по всьому світу сьогодні, смерть може зайняти тривалий час, але, можливо, одного дня це станеться - ви ніколи не знаєте".