Single Pair Ethernet – transmissão digital desde o chão de fábrica até à nuvem

A tecnologia Single Pair Ethernet (SPE) permite a transmissão digital, via ethernet, através de apenas um único par de fios, facilitando a instalação de cabos de rede em chão de fábrica. Torna-se possível a comunicação entre equipamentos industriais através um só par de fios e com os benefícios da comunicação de dados proporcionada pelo protocolo IP. Para além da transmissão de dados, a tecnologia SPE também permite o fornecimento simultâneo de energia a equipamentos finais via PoDL – Power over Data Line.

O que se entende por Single Pair Ethernet?

A ethernet clássica, que já combina todos os níveis superiores da pirâmide de automação, é muitas vezes inadequada para ligar o nível de campo (sensores e atuadores). A instalação é muitas vezes complexa ou as distâncias máximas não são suficientes. A tecnologia SPE permite a expansão da ethernet até à camada mais baixa da pirâmide de automação.

A tecnologia Single Pair Ethernet representa uma outra forma de camada física. Onde anteriormente eram necessários dois pares de fios trançados para a transmissão Fast Ethernet (100 Mbps) ou quatro pares de fios para GBit Ethernet, a Single Pair Ethernet permite a transmissão de dados através de apenas um par de fios. Isto permite novas possibilidades de ligar equipamentos compactos, sensores e atuadores diretamente a partir do nível de campo. Já não são necessários subsistemas ou portas de acesso adicionais para a implementação. SPE é, portanto, o avanço da ethernet para o chão de fábrica.

Infraestrutura de rede pronta para o futuro graças à comunicação baseada em Ethernet

A transmissão de dados através de apenas um par de fios trançados permite reutilizar cabos de comunicação série, sobretudo RS485, mas com o protocolo IP, salvaguardando as taxas de transmissão ethernet.  A tecnologia pode ser utilizada em aplicações com alcances até 1000 metros, com taxas de transmissão de dados até 10 GBit/s, assim como transmissão de potência até 50 W. Uma rede SPE pode ser implementada como uma topologia em estrela ou em linha. A tecnologia satisfaz os requisitos de uma infraestrutura de rede pronta para o futuro.

Normas aplicáveis à tecnologia Single Pair Ethernet

São várias as normas que estão na origem da tecnologia SPE, começando pela que está na origem da ethernet, a norma IEEE 802.3. Esta norma determina o enquadramento técnico de transmissão de dados, incluído a transmissão por um par de fios. O quadro seguinte indica os vários grupos de trabalho envolvidos na especificação técnica da tecnologia SPE, na perspetiva das taxas de transmissão digital e distâncias máximas.

PoDL – Power over Data Line

Para além da transmissão de dados, a tecnologia SPE também permite a transmissão de potência para alimentação dos dispositicos terminais  dos equipamentos finais (e.g. sensores, atuadores). Com a tecnologia Power over Data Line (PoDL), é possível transmitir uma potência útil até 50 W.

As diferentes classes de potência (ver quadro seguinte) encontram-se descritas na norma IEEE 802.3bu e IEEE 802.3cg. Com esta tecnologia, é possível fornecer energia a um sensor ou atuador até 1000 metros de distância através do cabo utilizado para a transmissão de dados. O esforço de instalação e os requisitos de espaço para a cablagem de campo são minimizados.

Aplicações para a Single Pair Ethernet

A tecnologia SPE é ideal para várias aplicações em ambiente industrial, potenciando os benefícios da fábrica digital. Pode ser integrada em infraestruturas ethernet existentes, independentemente do ambiente em que é utilizada. Mesmo nas novas tendências de equipamentos compactos e sustentáveis, graças a cabos compactos, a Single Pair Ethernet proporciona mais espaço para os novos sistemas de automação e de comunicações e chão de fábrica.

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Switches SPE geríveis

Os switches SPE geríveis oferecem pela primeira vez a possibilidade de ligar sensores e equipamentos de campo com interface SPE diretamente à rede ethernet. São assim a base para uma solução SPE na qual os dados dos sensores do nível de campo podem ser integrados em qualquer sistema de informação.

Graças à norma SPE 10 BASE-T1L, o próprio switch gerível permite longas distâncias de até 1000 metros. Os sensores são também energizados através do mesmo par de fios, graças á tecnologia Power over Data Line (PoDL).

Conectores Single Pair Ethernet

Os conectores de cabos e de equipamentos compactos da série ONEPAIR são ideais para a transmissão de dados em chão de fábrica, assim como nas áreas técnicas de edifícios.

Para aplicações industriais, mesmo em utilização em campo, os conectores cumprem a norma IEC 63171-5, em formato M8 e M12 (grau de proteção IP67). Na cablagem de edifícios, o conector cumpre a norma IEC 63171-2 (grau de proteção IP 20). Este último conector é o mais compacto de toda a série de normas e permite uma duplicação da densidade de conectividade em comparação com a interface RJ45. A cablagem reduzida é a base para uma comunicação ethernet preparada para o futuro.

Bornes para placas de circuitos impressos SPE

Na área das aplicações industriais e IIoT, a tecnologia Single Pair Ethernet oferece uma tecnologia potente. Graças à sua codificação clara por cores e manuseamento intuitivo, os bornes para placa de circuitos impressos da série COMBICON estão preparados para ser integrados em futuros equipamentos industriais de chão de fábrica.

A tecnologia Single Pair Ethernet está em crescendo no domínio das novas tecnologias de transmissão de dados para ambientes industriais. Torna-se possível combinar os benefícios das comunicações série do tipo RS485 (e.g. distância do cabo de comunicação) com os da tecnologia baseada em ethernet (e.g. protocolo TCP/IP). Os trabalhos de instalação em chão de fábrica ficam facilitados e aumenta a diversidade de equipamentos que poderão ser transmissão digital (e.g. sensores e atuadores). Está em marca o conceito de uma fábrica digital.

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