Autor: Ben Morgan, product segment leader de conectores de SPE (Ethernet de par único) de Farnell
Es posible dilucidar el éxito de una tecnología de red por la manera en la que evoluciona. Por ejemplo, Ethernet sigue actualizándose, a pesar de que sus principios básicos se hubieran desarrollado hace medio siglo. Su última variante, el Ethernet de par único (SPE o «single pair Ethernet»), amplía su ámbito de actuación a los vehículos, las fábricas, las industrias de procesamiento y otros sectores. ¿Cuál es la innovación que impulsa la aceptación del SPE en estos mercados? La reducción a la mitad del número de conductores necesarios en un cable Ethernet.
Este simple cambio está teniendo un profundo efecto en la utilidad de Ethernet. Las primeras implementaciones del estándar empleaban cables coaxiales gruesos como mecanismo de transporte físico. En última instancia este soporte material de Ethernet ha evolucionado hasta la forma con la que nos encontramos hoy en día: hasta ocho conductores, cada uno de ellos aislado y trenzado posteriormente por pares, todos ellos enclaustrados en una pantalla bastante compleja de manejar. Este cable, generalmente gris, se observa en racks de red de todo el mundo. No obstante, el formato ha tenido menos éxito en su incursión en los usos industriales, hecho que se está convirtiendo en un problema a medida que las empresas están poniendo en práctica estrategias relacionadas con el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) en sus actividades.
Lo que promete el IIoT es una gestión mucho más inteligente de los procesos físicos gracias a la holgura de capacidades de los equipos que permite la abundancia de sensores distribuidos, además de un mayor grado de control derivado de la realización de análisis sustentados en la nube y actuadores distribuidos. Todo sensor y actuador necesita de conexión de red. Muchas veces estas conexiones se han efectuado como si de una «torre de Babel» de estándares de red de campo se tratase, desde los buses CAN hasta el Wi-Fi. La integración de sensores, actuadores y análisis en la nube a menudo ha implicado el uso de una red de puertas de enlace y repetidores solo para conseguir la circulación de datos. No pocas veces implementar una estrategia de IIoT también ha significado distribuir las alimentaciones de energía, lo que agrava el problema de la disposición de cables.
¿Qué es el SPE?
El SPE, en su forma más básica, es lo que su propia denominación de «Ethernet de par único» implica: dos hilos trenzados y revestidos de una única pantalla fina, ligera y flexible. Las variantes del estándar SPE (subconjuntos de la IEEE 802.3) ofrecen compensaciones entre velocidades de datos de hasta 1Gbit/s (lo que las hacen aptas para usarse en entornos con abundancia de datos) y distancias de transmisión de hasta 1000 m (lo que las convierte asimismo en aptas para puntos de uso de gran tamaño). También hay variantes del estándar SPE que pueden suministrar energía a los nodos finales mediante una estrategia denominada «Power over Data Lines» (PoDL o «alimentación a través de líneas de datos»). En su forma de dos hilos, una conexión de SPE con un controlador adecuado puede suministrar hasta 50 W a un nodo final. Hay, no obstante, una variante del estándar en la que se incorpora otro par de conductores para poder suministrar hasta 400 W de corriente.
El SPE está evolucionando rápidamente, pero aquí están algunas de las variantes más establecidas del estándar.
El 100BASE-T1 se ha diseñado para usarse en entornos del sector de la automoción a partir de un único cable de par trenzado equilibrado y admite velocidades de datos bidireccionales de hasta 100 Mbit/s en distancias de 15 m, o hasta de 40 m si se utilizan cables apantallados.
El 10BASE-T1S es una variante de corto alcance del SPE que permite una topología de red multidrop en la que todos los nodos están conectados por medio de un cable de par trenzado sin apantallar de hasta 25 m de largo.
El 10BASE-T1L es una modalidad de largo alcance que permite el uso de la infraestructura de dos hilos existente hasta 1000 m a velocidades de datos de hasta 10 Mbit/s. El 10BASE-T1L funciona con un par de conductores equilibrado, pero puede necesitar de un cable apantallado en entornos en los que exista abundancia de ruido.
Las ventajas del SPE
Una de las principales ventajas de utilizar el SPE en el IIoT es que puede eliminar la mencionada «torre de Babel» de enfoques de conectividad que compiten entre sí y de estándares de redes que son habituales en los actuales entornos industriales. En lugar de ello es posible conseguir conexión mediante TCP/IP en todo el territorio y dar hasta al nodo sensórico más lejano su propia dirección IP, además de manejar datos como paquetes de IP de ida y vuelta conformando un entorno de red coherente. El SPE también ofrece velocidades de datos lo suficientemente altas y latencias lo suficientemente bajas como para permitir la aplicación de estrategias de red Time Sensitive Networking que son importantes para la automatización en fábricas y otros usos parecidos.
La implementación es más sencilla con SPE que con los cables Ethernet estándar de cuatro u ocho conductores, debido a la combinación de cables más pequeños, conectores de menor envergadura y suministro de corriente por PoDL. Los cables más ligeros son más fáciles de instalar para distancias prolongadas que los Ethernet estándar, mientras que la finura de los cables de SPE es una ventaja a la hora de colocarlos por conducciones estrechas de maquinaria. El SPE también es una estrategia de red más sostenible que las alternativas porque emplea menos material y simplifica el suministro de energía a los nodos remotos.
Las características del SPE para usarse con el IIoT
El SPE ofrece ventajas concretas en distintas tareas con IIoT. En el sector de la automoción, por ejemplo, se está evaluando la versión de corto alcance del SPE para su uso en mazos de cables como alternativa a CAN, FlexRay y otros sistemas de bus para brindar funciones de seguridad, control y datos de comunicaciones a través de una única red Ethernet.
Para tareas industriales, el SPE puede integrar sensores remotos, actuadores y dispositivos de campo en un entorno Ethernet ya en marcha sin la necesidad de puertas de enlace o interfaces que conecten con otras implementaciones de redes de campo.
En la automatización de edificios, el SPE permite una integración similar de nodos como sensores, switches y termostatos, en una red IP de extremo a extremo que puede conectarse al sistema de gestión del edificio a través de la red de área local de este. El factor de forma del SPE (cables delgados y flexibles y conectores de envergadura reducida) facilita la instalación y el mantenimiento en redes de campo con estándares que compiten. Puede ser posible reutilizar cables de dos hilos que ya estén instalados en un edificio para transportar tráfico de red de SPE.
El SPE también es apto para la industria del procesamiento, en la que los requisitos de seguridad deben gestionarse con minuciosidad. Una variante del estándar, conocida como Ethernet Advanced Physical Layer o Ethernet APL, aúna el funcionamiento de dos hilos de SPE con los estándares existentes para la conectividad Ethernet intrínsecamente segura para permitir su uso en entornos potencialmente peligrosos.
Conclusión
El futuro de la conexión de redes industriales va de la mano del SPE. Los ingenieros de diseño de IIoT son conscientes de la dificultad de equilibrar las limitaciones de espacio con las crecientes demandas de datos. La del SPE es una tecnología compacta y eficiente que ofrece funciones completas de Ethernet con un único cable de par trenzado.
La de simplificar la conexión para IIoT con la tecnología de SPE no es una solución que se diga «nueva». Ya existe y existirá en un futuro, y es la mejor estrategia para las conexiones de red. El SPE es sin duda la próxima generación de Ethernet, con características ideales para la comunicación en los entornos industriales, de la manufactura y de la automoción. Y a medida que se introdujeron nuevos estándares en los últimos años, varios proveedores, entre los que se encuentran Amphenol, ADI, Harting, Microchip, Molex, Phoenix, TE Connectivity, Weidmüller y Würth Electronik comenzaron a lanzar productos de SPE de próxima generación, todos ellos transportados por productos de Farnell.
Para conocer cómo el SPE puede ponérselo más fácil a la hora de abordar sus dificultades de diseño actuales y futuras, visite la página de inicio especializada de Farnell aquí.
