C'est le Troisième fait partie d'une série de blogs en six parties de Mouser Electronics ! À la fin de l'article, nous vous montrons un lien pour lire le Quatrième partie…

Comprendre les avantages de la transmission conjointe de données et de puissance dans un contexte industriel

Mark Patrick, Mouser Électronique

Quels sujets seront abordés dans la série ?

Dans cette série de blogs, nous examinerons les principales technologies énergétiques qui augmenteront l'efficacité industrielle et verrons comment les ingénieurs peuvent utiliser les outils des technologies avancées des semi-conducteurs, des topologies de conversion de puissance et des techniques de distribution pour contribuer à l'efficacité de nos industries.

L'énergie industrielle sera explorée dans cette série de blogs : comment les nouvelles technologies des matériaux et les techniques de conception faciliteront-elles les économies d'énergie au cours de la prochaine décennie ?

Blog 1 : Introduction : La conversion énergétique industrielle du futur
Blog 2 : Les convertisseurs dans la quatrième révolution industrielle
Blog 3 : La valeur de l'alimentation par Ethernet (PoE)
Blog 4 : Récolter l'énergie dans le domaine industriel
Blog 5 : PoL : Les circuits industriels face aux enjeux énergétiques
Blog 6 : La prochaine décennie de l'énergie industrielle

Quels sujets la série couvrira-t-elle?

énergie industrielle seront explorés dans cette série de blogs : comment les nouvelles technologies de matériaux et les techniques de conception faciliteront-elles les économies d'énergie au cours de la prochaine décennie ?

Dans les deux blogs précédents, nous avons couvert les considérations énergétiques mondiales dans les environnements industriels. Nous soulignons comment la promotion de l'efficacité énergétique et des processus modifie le paysage des usines de fabrication. La mise en œuvre de l'Industrie 4.0 et de l'IIoT, d'une part, consiste à transférer le stockage des données des serveurs locaux vers le cloud, et d'autre part, le traitement des données vers les capteurs et les actionneurs, en utilisant le "edge computing" afin que la prise de décision Les décisions soient rapide et localisé.

Combinez puissance et données

Pour alimenter des périphériques avec des capteurs dotés d'un microcontrôleur, d'une mémoire ou d'une liaison de données filaire ou sans fil, vous devez avoir accès à une source d'alimentation. Les options pour les capteurs et actionneurs sans fil sont les batteries, les adaptateurs AC-DC ou peut-être la récupération d'énergie. Cependant, pour l'alimentation électrique, les connexions de données Ethernet filaires sont fréquemment utilisées, car elles sont très répandues. Les raisons ne sont pas simplement historiques : la technologie sans fil est intrinsèquement moins sûre et la plupart des appareils fonctionnent dans des bandes exemptes de licence. Des problèmes de congestion, de retards de paquets et de stabilité peuvent survenir, en particulier avec des multiples saturés dans un environnement industriel avec beaucoup de bruit électrique.

Le développement du Power over Ethernet (PoE)

La norme Ethernet existe depuis 1973 et, bien qu'il s'agisse initialement d'un système basé sur des câbles coaxiaux, aujourd'hui l'utilisation de signaux différentiels sur des câbles à paires torsadées s'est généralisée. Les communications Gigabit/s utilisent généralement quatre fils à paire torsadée. Les vitesses inférieures n'utilisent que deux câbles à paires torsadées, ce qui est courant dans les applications industrielles pour traiter les données des capteurs.

Le PoE peut utiliser les installations Ethernet existantes dans les zones dépourvues de prises de courant AC-DC. De plus, il peut être installé sans avoir besoin d'électriciens qualifiés.

Norme IEEE 802.3af

Selon la norme 802.3af (IEEE 802.3 - 2003), des paires inutilisées pourraient fournir de l'énergie, connue sous le nom de Mode B ou midspan. La méthode PoE midspan utilise des injecteurs PoE pour ajouter PoE à vos réseaux sans ajouter ni remplacer les commutateurs non PoE existants. Ce sont des appareils intelligents : ils détectent si l'appareil alimenté (PD) a besoin d'alimentation et, si c'est le cas, le fournissent. Les injecteurs PoE sont utiles lorsque vous avez un petit nombre d'appareils nécessitant de l'alimentation.

La norme IEEE 802.3af permet également de transmettre la puissance sur les lignes de données sous la forme d'une tension de mode commun appliquée à chaque paire. Etant donné qu'Ethernet utilise un signal différentiel, la transmission de données, appelée Mode A o envergure, n'est pas affecté.

La figure 1 montre l'utilisation des prises centrales des transformateurs d'impulsions à chaque extrémité d'un câble pour appliquer puis extraire l'énergie du signal de données.

Figure 1 - PoE utilise deux fils à paire torsadée dans un câble Ethernet

Cette technologie, qui est souvent intégrée dans les connecteurs RJ45 de fournisseurs tels que Molex y TE Connectivity, simplifie les mises en page et économise de l'espace sur les tableaux.

La méthode Endspan PoE utilise un commutateur avec PoE intégré. Lors de la connexion de l'appareil final au commutateur PoE, il détectera si l'appareil final prend en charge PoE, et si c'est le cas, il s'allumera automatiquement.

Les niveaux de puissance PoE ont considérablement augmenté

La norme IEEE 802.3af PoE spécifie une technologie conçue pour fournir jusqu'à 15,4 W CC (44 V minimum_CC et 350 mA) à chaque appareil. En raison des pertes de câble, la norme ne garantit qu'une disponibilité de 12,95 W au niveau de l'appareil alimenté (PD), ce qui est suffisant pour les petits capteurs, les caméras de sécurité et les charges similaires.

IEEE 802.3bt type 4

Au fil du temps, la norme a évolué pour permettre des niveaux de puissance plus élevés dans certaines conditions. En 2018, l'IEEE a introduit la nouvelle norme haute puissance 802.3bt Type 4. Selon IEEE 802.3bt Type 4, un maximum de 100 W d'équipement d'alimentation (PSE) est autorisé à partir d'une plage de tension de 52 à 57 V. Si la résistance maximale du câble est de 12,5 Ω et que sa température reste fixée dans certaines limites, il reste une tension minimale de 41,1 V sur l'appareil alimenté (PD). Pour atteindre cette puissance maximale, il est indispensable d'utiliser les quatre paires.

Les applications simples initialement envisagées pour PoE se sont développées avec l'augmentation de la puissance nominale. L'alimentation peut être fournie à :

• points d'accès sans fil
• routeurs
• panneaux de sécurité
• un ordinateur portable ou une tablette avec les notes appropriées

Cela augmente considérablement l'utilité du PoE.

Éclairage PoE

L'éclairage PoE est un domaine qui suscite beaucoup d'intérêt. L'introduction rapide des lumières LED rend la puissance PoE suffisante pour l'éclairage de secours, et dans certains cas même pour une utilisation "normale". Lorsque les appareils d'éclairage incluent des capteurs de mouvement et de lumière, des possibilités de contrôle et de surveillance infinies sont créées. Par exemple, si une urgence survient dans un bâtiment, un système d'éclairage de sécurité PoE alimenté par batterie pourrait détecter où se trouve une personne dans le bâtiment et la guider vers la sécurité en allumant des lumières LED sélectionnées ou en changeant leur couleur pour vous fournir un coffre-fort. itinéraire.

Conclusion

Power over Ethernet (POE) est un moyen ingénieux de distribuer l'alimentation à l'aide des réseaux de câblage existants. Permet aux appareils situés dans des emplacements distants d'accéder à une source CC locale. Des protocoles et des normes permettent d'utiliser ces structures existantes sans interrompre le flux de données. L'industrie 4.0 et l'IIoT s'appuient sur cette innovation pour la collecte de données et utiliseront de plus en plus le PoE dans davantage de cas d'utilisation à mesure que cette technologie se développera.

Dans le prochain blog de la série, nous aborderons la viabilité croissante de la récupération d'énergie comme solution de contournement pour alimenter les capteurs IIoT.

Mouser soutient les ingénieurs dans leurs efforts pour construire un avenir meilleur en leur donnant accès aux dernières technologies et composants, ainsi qu'à une foule de ressources de conception conçu pour vous faciliter la vie.

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