Savienotas ierīces ar uzlabotām sensoru un kontroles funkcijām kļūst arvien izplatītākas rūpnieciskos lietojumos, un to savstarpējās savienošanas laikā rodas rūpnieciskā starpsavienojuma koncepcija. Neatkarīgi no tā, vai tas ir vadu vai bezvadu, automatizācijas efektivitātes uzlabošana ir kļuvusi par galveno prioritāti. Lielais sensoru un vadības ierīču blīvums, protams, palielina savstarpējo savienojumu. Lai gan rūpnieciskie bezvadu tīkli zināmā mērā var risināt dažas starpsavienojumu problēmas, parasti tiem ir nepieciešams kāds fizisks savienojums, un bezvadu tīkli nav piemēroti visām rūpnieciskajām vidēm.
Viena{0}}pāra Ethernet (SPE) attīstība rūpnieciskos scenārijos
Iepriekš minētajā starpsavienojumā Ethernet savienojumam var būt nepieciešami vairāki vadi ātram 100 Mbps Ethernet vai pat Gbps Ethernet. Trūkumi, piemēram, sarežģītība, augstās izmaksas un nespēja nodrošināt savlaicīgu sensoru savāktās informācijas apmaiņu, neatbilst rūpniecisko starpsavienojumu prasībām.
Viena-pāra Ethernet tehnoloģija ir savienojuma tehnoloģija, kas var sasniegt 1 Gb/s ātrumu nelielos attālumos un nodrošina divvirzienu saziņu. Sākotnēji šī savienojuma tehnoloģija tika plaši izmantota automobiļu lietojumos. Saskaņā ar IEEE 802.3 pārraides standartu viena-pāra Ethernet tehnoloģija ir integrēta-jaunās paaudzes transportlīdzekļos, aizstājot CAN un citas kopņu sistēmas. Šī tehnoloģija var apvienot vadības, komunikācijas un dažādas drošības funkcijas, lai darbotos, izmantojot Ethernet, kas precīzi atbilst rūpnieciskās automatizācijas starpsavienojuma vajadzībām.
Tiešākais virzītājspēks viena{0}pāra Ethernet ieviešanai rūpnieciskos scenārijos ir apmierināt pieprasījumu pēc efektīvas divvirzienu saziņas lietojumprogrammās. Savienojuma ātrums 1 Gb/s nodrošina reāllaika drošus{4}}ierīču savienojumus ar infrastruktūru un no ierīcēm ar mākoni. Papildus izmaksām un lietošanas vienkāršībai, sensoru datu analīzes uzlabošana un kļūdu reakcijas paātrināšana vien padara to ļoti pievilcīgu.
Kādas ir viena{0}}pāra Ethernet priekšrocības?
Pirmkārt, nav jāsalīdzina viens{0}}pāris Ethernet ar bezvadu savienojumiem, kas rūpnieciskos scenārijos nav universāli. Salīdzinot ar citiem vadu savienojumiem, viena -pāra Ethernet nodrošina Power over Data Line (PoDL) tajā pašā kompaktajā interfeisā, izmantojot tikai divus kabeļus gan datu, gan enerģijas pārsūtīšanai. Tradicionālie vadu savienojumi izmanto četrus kabeļus. Mazāk kabeļu nozīmē zemākas izmaksas un lielāku mehānisko iekārtu brīvību. No kritiskāka perspektīvas, vai vara (Cu) satura samazināšana kabeļos nozīmē arī ātrāku pārraidi ar mazāku enerģiju? Šajā sakarā viena-pāra Ethernet izmaksu{6}}ieguvumu analīze neapšaubāmi ir labvēlīga.
SPE tehnoloģija, SPE alianse
Kā minēts, viena{0}}pāra Ethernet var sasniegt ātrumu 1 Gb/s nelielos attālumos ar kabeļa garumu līdz 1000 metriem ar pārraides ātrumu 10 MB/s, datu pārraidei izmantojot 600 MHz joslas platumu. Tā saziņas priekšrocības ir acīmredzamas un nav nepieciešamas sīkāk. Ir vērts atzīmēt, ka viena-pāra Ethernet savienojuma terminālis tiek izmantots datu pārraidei ar ātrumu 1 Gbps/600 MHz, bet otrs atbalsta jaudas pārraidi ar strāvu līdz 8A. Šim jauktajam datu un strāvas savienojumam jābūt fiziski ekranētam un atdalītam, lai izvairītos no traucējumiem starp strāvas un datu signāliem.
Kopumā šī tehnoloģija samazina savienotāju kopējo izmēru un samazina darba slodzi daudzos terminālos. Viena-pāra Ethernet nodrošina Ethernet līdz sensora-pavadierīces līmenim un tieši savieno sensorus un izpildmehānismus ar automatizācijas sistēmām vai mākoni, sniedzot būtisku palīdzību rūpnieciskiem starpsavienojumiem.
Viena{0}}pāra Ethernet PoDL izaicinājums
Iepriekšējā pieminēšana Power over Data Line (PoDL) kompaktajās saskarnēs attiecas arī uz tālsatiksmes{0}}elektroenerģijas pārraides neefektivitāti. Pašlaik standarta viena-pāra Ethernet datu savienojumi var sasniegt 50 W, un jauktas jaudas{4}}datu savienojumi var nodrošināt līdz 400 W pie 48 V. Šeit rodas problēma: augsts jaudas līmenis var izraisīt PoDL novirzes no standartiem. Lielākā daļa elektrisko ierīču var pieņemt 10% sprieguma kritumu, savukārt PoDL pieļauj ne vairāk kā 20%. PoDL siksnu jaudas testos 40 metru kabeļa garums šādos apstākļos var pietuvināt jaudu 200 W, un, ja kabelis ir īsāks par 20 metriem, lielais jaudas līmenis sasniedz 400 W. Lai izvairītos no PoDL novirzes no standartiem, šī maksimālā vērtība parasti netiek izmantota.
Izmantojot PoDL, datu un strāvas kabeļi tiek apvienoti vienā vadā. Lai gan šī iestatīšana nodrošina vienlaicīgu datu un jaudas pārsūtīšanu, tai ir trūkums: tas uzliek stingras prasības attiecībā uz troksni un jaudas līmeņu izmaiņu ātrumu, pretējā gadījumā tiks ietekmēta datu pārraide. Tāpēc labu filtru ķēžu izmantošana šāda trokšņa slāpēšanai ir īpaši svarīga rūpnieciskā vidē, jo īpaši attiecībā uz troksni, kas rodas zemākā megahercu diapazonā (skatiet attēlu zemāk).
Kopsavilkums
Viena{0}}pāra Ethernet nodrošina iespēju standartizēt protokolus visā rūpnieciskajā tīklā. Kāpēc? Ņemot vērā milzīgo sensoru un izpildmehānismu skaitu rūpnieciskajās iekārtās, lai gan Ethernet ir standarts daudziem industriālajiem tīkliem, industriālā realitāte ir piepildīta ar dažādām sistēmām un daudzām tradicionālajām vārtejām. Viena-pāra Ethernet loma Ethernet savienošanā ar citām sistēmām ir piesaistījusi lielāku nozares uzmanību nekā tā veiktspējas priekšrocības atsevišķi.