Single Pair Ethernet
Van sensor naar cloud zonder barrières: SPE is de enabler voor het IIoT. Met slechts één paar draden maakt SPE het veldniveau slim - wat ruimte en kosten bespaart.
Single Pair Ethernet (SPE) verzendt gegevens via Ethernet met snelheden tot 1 Gbit/s met slechts één aderpaar, waardoor het de perfecte oplossing is voor IIoT en barrièrevrije communicatie tussen sensor en cloud. Ontdek de oplossingen van HARTING voor Single Pair Ethernet connectiviteit en bekabeling en leer meer over SPE use cases, standaarden, het ecosysteem en waarom Single Pair Ethernet de ideale enabler is voor het IIoT.
Ga naar
Single Pair Ethernet gemakkelijk uitgelegd
Jouw snelstartgids: Leer Single Pair Ethernet kennen in ons gratis eBook en korte video's.
Wat is Single Pair Ethernet?
Single Pair Ethernet (SPE) is een nieuwe technologiestandaard die gegevens via Ethernet verzendt met snelheden van 10Mbit/s tot 1GBit/s met slechts één paar draden, waardoor het de perfecte infrastructuuroplossing is voor IIoT en slimme fabrieken. Tegelijkertijd levert Single Pair Ethernet de voeding van eindapparaten via Power over Data Line (PoDL). De transmissieafstanden tot 1000 meter maken Single Pair Ethernet met name interessant voor het gebruik in procesautomatisering.
Het veldniveau wordt slim
Single Pair Etherner maakt het veld vlak slim. Het maakt een barrièrevrije verbinding mogelijk van apparatuur, sensoren/actuatortechnologie en nog veel meer via end-to-end IP-gebaseerde communicatie tot op veldniveau. Dankzij de mogelijkheid om ethernetinterfaces in simpele sensoren, camera's, lees-/ID-apparaten of vergelijkbare apparatuur te integreren, kunnen we geïntegreerde industrie en IIoT implementeren.
SPE biedt een doorslaggevend voordeel ten opzichte van bussystemen of analoge stroom-/spanningsinterfaces, zoals die vandaag de dag nog steeds in het veld te vinden zijn. Het gebruik van SPE vereenvoudigt de parameterinstelling, initialisatie en programmering. Set-up, bediening en onderhoud van apparatuur wordt efficiënter en betaalbaarder. SPE in machines, robots en in spoorwegtechnologie helpt ook om gewicht en ruimte te besparen. De complete bedrading kan eenvoudiger en aanzienlijk sneller worden geïnstalleerd.
De voordelen van Single Pair Ethernet
Data overdragen met Gigabit-snelheid via het ethernet met slechts één paar draden en tegelijkertijd de apparaten voorzien van voeding heeft groot potentieel en biedt vele voordelen.
De vraag naar Single Pair Ethernet
De digitaliseringstrend schept nieuwe verwachtingen ten aanzien van communicatie en bekabelingstechnologie, zoals een hoge beschikbaarheid, korte toegangstijden, snel datatransport en een veilige transmissie van grote hoeveelheden data in diverse toepassingsomgevingen. Tegelijkertijd dienen apparaten, kabels en verbindingstechnologie krachtiger, kleiner en robuuster te worden en een hogere mate van modulariteit en compatibiliteit te bieden. Met Single Pair Ethernet (SPE) komt er een nieuwe technologie op de markt die aan de nieuwe eisen voldoet.
Automotive als pionier
Single Pair Ethernet wordt al in nieuwe generaties automobielen geïmplementeerd en vervangt CAN- en andere bussystemen. Regelingen, communicatie en veiligheidsfuncties zullen in de toekomst uniform via het ethernet werken. Dit is een fundamentele voorwaarde voor rijden met netwerkkoppelingen of later voor autonoom rijden.
SPE in industriële automatisering
Het gebruik van Single Pair Ethernet is ook waardevol in de industriële automatisering. Een enkel-paar-bekabeling is snel, bespaart ruimte, is kosteneffectief en gemakkelijk te implementeren. Eenvoudige sensoren, camera's en dergelijke uitrusten met ethernetinterfaces zorgt ervoor dat SPE een aanjager van onderwerpen is, zoals Integrated Industry en IIoT. Dit reduceert het intelligente veldniveau en de inspanning voor parametrering, initialisering en programmering.
Hoe HARTING innoveert voor SPE
HARTING vertrouwt op een alliantie van industrie, standaardisatie en onderzoek om Single Pair Ethernet te laten groeien. Als lid van deze alliantie hebben internationale standaardiseringscommissies een meerfasig selectieproces afgerond ten gunste van het SPE-aansluitvlak van de HARTING Technology Group. Dit garandeert ook planningszekerheid voor ontwerpers van nieuwe apparaten of sensor-/actuatortechnologie, zodat ze actief kunnen beginnen met de implementatie van Single Pair Ethernet in de betreffende apparaattechnologie.
Voor HARTING is SPE een technologisch thema en het uitgangspunt voor veel nieuwe productontwikkelingen. Fvoor de gebruiker is SPE echter niet alleen een kans, maar ook een uitdaging. Is deze nieuwe technologie even veilig als de bestaande oplossing? Kan SPE ook worden gebruikt in de procesautomatisering met kabellengtes van 1000 m? Hoeveel vermogen kan het eindapparaat gebruiken? Wanneer zullen SPE-connectoren en kabels verkrijgbaar zijn en zullen ze dan naar behoren zijn gestandaardiseerd? HARTING neemt deze vragen zeer serieus en heeft besloten om ze te beantwoorden in een technologiepartnerschap.
Het programma WIPANO (“Knowledge and Technology Transfer through Patents and Standards”) is een initiatief van het federale ministerie van Economische Zaken en Energie dat hierbij helpt. HARTING, de universiteit van Reutlingen en LEONI werken in het NG200-project samen aan dringende SPE-kwesties en integreren hun resultaten tegelijkertijd in het internationale standaardiseringsproces. Onlangs is met IEC 61076-6 een belangrijke stap gezet voor het specificeren van gewichts- en ruimtebesparende bekabeling voor een single-pair-aansluitvlak dat compatibel is met de industrie.
Single Pair Ethernet - FAQ
Single Pair Ethernet (SPE) verzekert voor het eerst het rendabele gebruik van het ethernet in elk aspect van de industriële automatisering. Single Pair Ethernet maakt gebruik van één paar draden voor het verzenden van data tot snelheden van 1 GBit/sec. Daardoor is het SPE ideaal voor industriële toepassingen in het tijdperk van Industry 4.0 en IIoT. Dit gratis eBook, met als titel Single Pair Ethernet, biedt gedetailleerde informatie over het Single Pair Ethernet.
Voor het conventionele ethernet zijn twee of vier paren draden vereist. Daarmee vergeleken heeft SPE slechts één paar nodig. Dat helpt om kosten en gewicht te verminderen en dankzij zijn kleinere formaat is toegang tot nieuwe apparaten en tot het daaruit voortvloeiende industriële veldniveau mogelijk. Daarom vormt SPE de basis voor IIoT.
Voor de nieuwe SPE-transmissiestandaarden is de vermogensoverdracht ook gestandaardiseerd. PoDL, Power over Data Line is het begrip dat wordt gebruikt om de doeltreffende voeding te beschrijven tot en met 50 W.
De ethernettechnologie die is gebaseerd op IEEE 802.3bp 1000BASE-T1, is vandaag de dag al beschikbaar. Deze heeft een transmissiesnelheid van 1 Gbit/sec via slechts één paar koperdraden. IEEE werkt momenteel aan een vervolgstandaard voor nog hogere transmissiesnelheden tot en met 10 Gbit/sec (IEEE 802.3ch), die zijn vereist voor sensoren met hoge resolutie en videotransmissies. Bovendien wordt er een standaard ontwikkeld voor uitsluitend 10 Mbit/sec (IEEE 802.3cg). Deze standaard maakt transmissieafstanden tot en met 1.000 meter mogelijk en kan om die reden vrijwel alle veldbustypes vervangen.
De ontwikkeling van SPE begon met de BroadR-Reach-standaard die werd ontwikkeld door Broadcom Corporation. Nadat de automobielindustrie die een vervanging voor de CAN-bus nodig had, deze nieuwe op TCP/IP gebaseerde transmissiemethode identificeerde, bracht de IEEE 802.3-werkgroep de eerste SPE-standaard uit als standaard 100BASE-T1 in IEEE 802.3bw-2015 clausule 96. SPE wordt nu aangepast aan de vereisten van de industrie.
Met de universeel gestandaardiseerde SPE-infrastructuur is het voor de eerste keer haalbaar om van de cloud via sensor-actuatornetwerken het ethernet op veldniveau te gebruiken. Dit voorkomt onderbrekingen in gegevensverwerking en zorgt voor een uniforme basis voor communicatie. Daardoor is IIoT nu mogelijk.
De volgende standaardiseringsprojecten zijn bepaald voor SPE-connectoren:
IEC 63171 – basisstandaard met alle noodzakelijke specificaties en testvolgordes (CD in voorbereiding)
IEC 63171-1 – SPE-connectoren van CommScope, gebaseerd op de onderlinge LC-verbinding voor M1I1C1E1-toepassingen (CDV beschikbaar)
IEC 63171-2 – SPE-connectoren van Reichle & De-Massari voor M1I1C1E1-toepassingen (CD beschikbaar)
IEC 63171-3 – SPE-connectoren van het bedrijf Siemon, gebaseerd op één paar bekende Tera-connectoren voor M1I1C1E1-toepassingen (NP beschikbaar)
IEC 63171-4 – SPE-connectoren van BKS voor M1I1C1E1-toepassingen (NP beschikbaar)
IEC 63171-5 – SPE-connectoren van het bedrijf Phoenix Contact, gebaseerd op het IEC 63171-2-connectorvlak voor M2I2C2E2- en M3I3C3E3-toepassingen (CD beschikbaar)
IEC 63171-6 (voorheen IEC 61076-3-125) – SPE-connectoren van de bedrijven HARTING en TE Connectivity voor M2I2C2E2- en M3I3C3E3-toepassingen (CDV beschikbaar, FDIS als voorbereiding en definitieve publicatie in 2019)
In de automatisering maakt SPE het mogelijk dat veldniveaus worden verbonden met gebruik van Gbit/s ethernet. Daardoor behoren onderbrekingen in gegevensverwerking tot het verleden en heeft iedere sensor met TSN een realtime capaciteit.
Elke 100 meter SPE-kabel weegt ongeveer 1,6 kg minder dan de ethernetkabel die standaard wordt gebruikt. Met deze gewichtsvermindering kan een treinexploitant exploitatiekosten besparen van ongeveer 14.000 euro.
Met slechts één paar draden zijn SPE-kabels veel dunner waardoor ze flexibeler zijn dan de standaard gebruikte ethernetkabel. Hoe dunner de kabel, des te bestendiger deze is tegen buig- en trekcycli. Het resultaat is een langere levensduur en kostenbesparingen. Daarom is SPE de ideale bekabeling voor toekomstige roboticatoepassingen.
Dit staat bekend als kabel-delen en gaat over de transmissie van SPE via de vierparige ethernetkabel. Hoewel dat theoretisch mogelijk is, is het niet praktisch. De transmissielengtes voor 1 GBit-SPE zijn momenteel beperkt tot 40 meter. Om een veilige transmissie te verzekeren, zou de kabel aan de cat. 7-standaard moeten voldoen. Dat is zelden het geval. SPE dient te worden beschouwd als een praktische aanvulling op de ethernetstandaard en als een vervanging van veldbussen.
Dankzij zeer kleine apparaatcontacten is SPE de ideale technologie voor moderne camerasensoren in industriële toepassingen. Deze hebben hogere transmissiesnelheden nodig via een kleine en compacte interface. Onze HARTING T1 Industrial voldoet aan deze vereisten in overeenstemming met IEC 63171-6.
Het SPE Industrial Partner Network is het eerste contactpunt voor gebruikers die SPE-netwerken of apparaten willen realiseren. Alle aangesloten bedrijven zien Single Pair Ethernet als de basis voor snelle en duurzame groei van het Industrial Internet of Things (IIoT). Het partnernetwerk heeft een eigen website rond.
Standaarden voor enkelvoudig Ethernet
Barrièrevrije gegevensoverdracht tussen Clould en veldniveau - Single Pair Ethernet verandert industriële communicatie. Om SPE-technologie op grote schaal beschikbaar te maken, is de compatibiliteit van apparaten, kabels en connectoren een topprioriteit. Dit wordt gewaarborgd door internationale standaardisatie.
IEC 63171-6
Met de publicatie van IEC 63171-6 in januari 2020 door de IEC-normcommissie SC 48B voor verbindingstechnologie is de Single Pair Ethernet-standaard vastgesteld. De mating face standaard IEC 63171-6 T1 Industrial Style was de eerste standaard die HARTING al in 2016 bij SC 48B indiende voor een Single Pair Ethernet mating face. De publicatie van deze standaard geeft gebruikers een betrouwbare investeringsbasis voor toekomstbestendige IIoT-netwerken op basis van Single Pair Ethernet.IEC 63171-6 (Industrial Style) is een compleet normdocument met alle benodigde specificaties en testreeksen, dat is opgenomen in de huidige SPE-bekabelingsnormen van de ISO/IEC 11801-x-serie normen voor gestructureerde bekabeling.
De implementatie van SPE in de ISO/IEC 11801 documenten is erg belangrijk omdat alleen in deze standaard de bekabelingskanalen worden beschreven met alle benodigde parameters (lengte, aantal verbindingen, bandbreedte en de complete set transmissieparameters inclusief NEXT, FEXT, afschermingseigenschappen etc.) in relatie tot de omgeving - MICE en dus na installatie metrologisch geverifieerd kunnen worden.
Deze koppeling van componentnormen aan connectoren en kabels biedt alle gebruikers van SPE duidelijke richtlijnen voor het bouwen en testen van geschikte transmissieverbindingen.
Het gebruik van andere bekabelingscomponenten dan bijvoorbeeld beschreven in ISO/IEC 11801-3 Amd.1 is in principe mogelijk, maar ze voldoen dan niet meer aan de norm en brengen het risico van incompatibiliteit en functieverlies met zich mee. Daarom zijn ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 en TIA TR-42 begin 2018 internationale selectieprocessen gestart om uniforme interfaces te definiëren. Deze twee selectieprocessen werden mede geïnitieerd door IEEE 802.3, die ISO/IEC en TIA om een aanbeveling voor een SPE Media Depended Interface (MDI) vroeg.
Meer dan 20 nationale comités van deskundigen namen deel aan dit selectieproces. Als gevolg van dit selectieproces is het pasvlak volgens IEC 63171-6 op basis van het voorstel van HARTING T1 Industrial algemeen geaccepteerd voor industriële en industriegerelateerde toepassingen (M2I2C2E2 en M3I3C3E3).
Single Pair Ethernet-ecosysteem
Wereldwijde technologieleiders staan achter IEC 63171-6
Gestandaardiseerde en uniforme interfaces zijn de sleutel om fabrikanten in staat te stellen gezamenlijk het SPE-EcoSystem te ontwikkelen uit sensoren, actuatoren, besturingseenheden en verbindingstechnologie en gebruikers in staat te stellen geschikte automatiseringsoplossingen te creëren uit deze componenten.
Het in 2019 opgerichte SPE Industrial Partner Network, een wereldwijde vereniging van gerenommeerde technologieleiders, staat achter de standariseringsmissie en de IEC 63171-6 norm. Het biedt de opkomende
Het partnernetwerk biedt duidelijke aanbevelingen voor de ontwikkeling van toekomstige IIoT-toepassingen, is het centrale informatieplatform en biedt gebruikers de zekerheid dat er op de technologie kan worden vertrouwd.
