Ethernet est la norme de réseau filaire la plus populaire pour les réseaux de l'Internet industriel des objets (IIoT), offrant des performances élevées et une fiabilité éprouvée. De plus, Power over Ethernet (PoE) réduit le câblage en alimentant les capteurs et les terminaux IIoT via le même câble Ethernet. Ethernet est également devenu une norme dans les voitures particulières, remplaçant souvent le protocole série Controller Area Network (CAN). Cela offre des avantages significatifs pour la conduite autonome et les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS), grâce à la fiabilité et au débit de données élevé d'Ethernet.
Cependant, dans les grands réseaux IIoT, les faisceaux Ethernet peuvent être si volumineux, lourds et compliqués qu'ils peuvent devenir des obstacles pesant sur l'équipement, nécessitant un contreventement auxiliaire. Ceci est particulièrement gênant pour les applications automobiles, où le poids et l'espace supplémentaires réduisent la capacité et le kilométrage. Dans les applications de transport industriel telles que les camions, les trains de voyageurs et de marchandises et les avions, la taille et le poids auxiliaires des câbles peuvent être suffisamment importants pour devoir être compensés dans la conception du système, ce qui augmente les coûts et ralentit les temps de préparation.
Pour contourner ces problèmes, les fabricants ont introduit des câbles et des connecteurs Ethernet à paire unique (SPE) qui prennent également en charge les lignes Power Over Data Lines (PoDL). Le SPE fournit une transmission de données à grande vitesse, telle que l'alimentation, sur une seule paire torsadée de conducteurs. L'article explique les avantages de l'EPS pour les applications industrielles et de transport. Désormais, 2 connecteurs SPE de Phoenix Contact seront examinés en tant que 2 fils SPE appropriés pour les applications SPE.
Comparaison entre SPE et Ethernet habituel
Ethernet est la norme de réseau câblé la plus populaire pour les réseaux locaux (LAN) commerciaux et industriels. Les versions les plus utilisées sont l'Ethernet 10/100Base-T, qui utilise 2 paires torsadées pour transmettre les données, et l'Ethernet Gigabit, qui utilise 4 paires torsadées. Alors que les systèmes d'automatisation industrielle exigent des vitesses plus rapides, Gigabit Ethernet avec PoE est devenu plus populaire pour connecter des ordinateurs à des capteurs. En général, un fil de cuivre de vingt-quatre AWG est utilisé pour les paires torsadées. Ces 8 fils sont généralement enfermés dans un câble CAT5e de qualité industrielle recouvert d'un ruban de mousse et d'un blindage en feuille. Dans une immense installation industrielle, vous pouvez voir des centaines et des centaines de ces câbles enfilés dans tout le bâtiment. Ces faisceaux de câbles peuvent être lourds, et au lieu d'être acheminés sur le sol où quelqu'un pourrait trébucher dessus, ils sont regroupés dans des faisceaux qui sont fixés aux murs et à l'équipement. Ces faisceaux peuvent peser cinquante livres (lb) ou plus, et si le poids supplémentaire des câbles de démarrage n'est pas pris en compte, ils peuvent tendre ou casser le système de support des câbles ou même faire tomber l'équipement.
En plus de cela, les câbles Ethernet habituels ont une longueur limite de cent mètres (m). Dans les grandes installations industrielles et les systèmes d'automatisation des bâtiments, des répéteurs sont parfois nécessaires pour étendre la portée des câbles Ethernet afin d'atteindre les capteurs distants. Cela augmente la difficulté du système et introduit également un autre point de maintenance. Avec le temps et les dépenses supplémentaires nécessaires pour faire fonctionner ces câbles épais et lourds, il est évident qu'une procédure de câblage alternative est nécessaire.
Le SPE fournit des données bidirectionnelles et transmet la puissance à l'aide d'un câble à paire torsadée. Il accepte des longueurs de câble allant jusqu'à XNUMX XNUMX m, étendant la gamme de capteurs en réseau sans avoir besoin de répéteurs. Cela réduit considérablement le poids et facilite l'installation, ce qui facilite la conception, offre une efficacité énergétique maximale, un encombrement réduit et des coûts d'installation et de maintenance inférieurs à ceux de l'Ethernet conventionnel. Bien que les systèmes industriels puissent utiliser des gaines blindées pour empêcher les faisceaux de câbles d'interférer les uns avec les autres, les câbles non blindés légers sont également acceptables. C'est un avantage dans les applications automobiles car cela permet l'utilisation de câbles légers qui peuvent être acheminés plus facilement dans des espaces restreints tels que sous les sièges et les marchepieds. Avec les avantages combinés d'un câble plus petit et plus léger, ainsi que la fourniture de données à haut débit ainsi que l'alimentation dans une paire de câbles économiques, SPE devrait devenir une norme de communication industrielle populaire, voire dominante.
Bases SPE
La spécification formelle IEEE pour les dix mégabits par seconde (Mbit/s) SPE est 802.3cg. Prend en charge la communication de données en duplex intégral jusqu'à XNUMX XNUMX m.
La règle IEEE 802.3bw accepte la communication de données en duplex intégral jusqu'à cent Mbits/s pour des câbles jusqu'à cinquante m. Il est destiné aux capteurs à grande vitesse dans les applications industrielles et certaines applications automobiles.
La règle IEEE 802.3bp prend en charge la communication de données en duplex intégral à des vitesses allant jusqu'à XNUMX XNUMX Mbits/s pour des longueurs de câble jusqu'à XNUMX m. Avec cette longueur de câble, il peut être appliqué à certaines applications de capteurs industriels, mais convient uniquement à la vidéo haute définition, ainsi qu'aux petits aéronefs et aux applications automobiles commerciales où les données de capteur à grande vitesse doivent être transmises sur une distance assez courte.
IEEE 802.3ch prend actuellement en charge jusqu'à dix gigabits par seconde (Gbps) avec des longueurs de câble allant jusqu'à quinze mètres. Il est similaire au 802.3bp, mais inclut la couche physique (PHY). Ceci est éminemment axé sur les applications de transport automobile et industriel commerciales, où des débits de données élevés, des diamètres de câble plus petits et, surtout, un poids inférieur sont des considérations clés pour la conception du système.
Le SPE avec PoDL alimente le capteur ou le point d'extrémité Ethernet sur la même paire torsadée, la quantité d'énergie délivrée étant déterminée par la longueur du câble et le calibre du fil. Avec une longueur maximale de XNUMX XNUMX m et un câble XNUMX AWG, la spécification IEEE laisse une puissance de XNUMX volts et XNUMX watts au point final.
Quincaillerie industrielle SPE
Les connexions industrielles SPE n'utilisent pas de connecteurs RJ45, mais plutôt la nouvelle norme de connecteur IEC 1 TXNUMX. Phoenix Contact fournit une famille de connecteurs et de câbles SPE destinés aux applications industrielles.
Pour les applications SPE industrielles nécessitant une résistance IP67, Phoenix Contact propose une véritable connexion M8 en utilisant l'insert SPE M8-two un million cent soixante trois mille sept cent quatre vingt treize avec le boîtier un million quatre douze mille cinq cent deux M8 (Figure 1 ). L'association de l'ensemble boîtier et de l'insert donne une protection IP67, adaptée aux environnements industriels assez difficiles. L'ensemble léger convient également aux systèmes d'aviation et de transport.
L'ensemble de connecteurs peut fournir PoDL jusqu'à soixante-douze volts à quatre ampères (A) et est conçu pour des températures allant de -85°C à +8°C, ce qui le rend adapté à l'alimentation des terminaux IIoT et des nœuds de données. . Le format de connecteur M8 populaire permet aux fabricants de systèmes de moderniser facilement les capteurs et équipements existants avec des connecteurs M8 sur SPE. L'assemblage du connecteur SPE utilise un modèle de connecteur MXNUMX-deux SPE à codage D standard pour garantir que seuls les câbles SPE sont insérés dans l'assemblage du connecteur.
Matériel SPE d'entreprise
SPE convient également aux systèmes d'entreprise, y compris les environnements de bureau, où des câbles plus légers et de plus petit diamètre sont plus faciles à construire et à faire fonctionner. Les applications industrielles IP67 peuvent facilement s'interfacer avec ces systèmes d'entreprise en utilisant exactement le même réseau SPE. Pour les applications professionnelles qui nécessitent généralement une protection IP20, une solution pratique est le connecteur modulaire SPE XNUMX de Phoenix Contact, un connecteur CEI soudé XNUMX. trou traversant avec un clip de verrouillage pour assurer une connexion de câble solide (Figure deux).
L'insert M8-dos est claveté pour éviter les erreurs de connexion. Le connecteur a 2 broches en alliage de cuivre plaqué or qui maintiennent la résistance de contact au minimum, lui permettant de fournir jusqu'à soixante-dix volts à quatre A. Le boîtier M8 est en laiton avec un placage de nickel pour une résistance à la corrosion.
Le million cent soixante-trois mille sept cent quatre-vingt-dix-sept est compatible avec toutes les spécifications de connecteur SPE actuelles de 802.3cg/bu/bw/bp. Il est conçu pour résister à des environnements assez difficiles, avec des cycles d'insertion et de retrait détaillés dans plus de 20, est classé IP85, a une plage de température de fonctionnement de -2°C à +XNUMX°C et mesure cinq x huit cent trente cinq x quatorze .XNUMX mm. Cela le rend adapté au montage par soudure sur des ordinateurs à carte unique (SBC), tels que des contrôleurs logiques programmables (PLC), où les fils sont échangés sporadiquement. Des exemples de scénarios où cela est utile incluent les installations de fabrication qui peuvent avoir besoin d'être reconfigurées pour différents ensembles de produits.
Câbles SPE pour IIoT
Pour les connexions SPE courtes, Phoenix Contact fournit le câble SPE un million cent quatre vingt trois mille huit cent huit de deux m. Ce câble prend en charge PoDL jusqu'à 2 volts à XNUMX A et possède XNUMX prises SPE à chaque extrémité du câble (Figure XNUMX). Alors que l'Ethernet conventionnel a des fiches aux extrémités du câble et des prises aux extrémités du câble, le matériel SPE est inversé.
La gaine du câble est en polyuréthane, résistant aux rayons ultraviolets (UV), à l'abrasion et à la plupart des solvants. Les câbles en polyuréthane résistent également au rétrécissement et à la fissuration dus à l'exposition au soleil et à l'eau, ainsi qu'aux abus courants dans les environnements industriels. Le câble est protégé des interférences électromagnétiques (EM) par un blindage tressé en cuivre et étamé qui est enveloppé dans une feuille d'aluminium plastifiée. Cela le rend adapté aux environnements électriquement bruyants, en particulier lorsqu'il est combiné avec d'autres câbles à grande vitesse.
Les contacts de la prise de câble sont en alliage de cuivre et acceptent la transmission de données à 802.3 Mbit/s conforme à la norme 802.3cg ainsi que les vitesses 802.3bw à XNUMX Mbit/s. La vitesse de transmission la plus élevée est de XNUMX bp mille Mbits/s, ce qui la rend adaptée non seulement aux capteurs, mais également aux équipements de vidéosurveillance haute définition (HD).
Alors que la gaine du câble est imperméable à l'eau et à la poussière, en plus d'être ignifuge selon UL94V0, l'assemblage du câble est classé IP20 en raison des connecteurs de terminaison de câble. Chaque connecteur a un clip de verrouillage pour connecter solidement le câble au point et à l'extrémité de la prise. Ce mécanisme de verrouillage fait partie de la règle du connecteur SPE pour empêcher le retrait accidentel dans les environnements à fort trafic. Le câble est conçu pour fonctionner à des températures comprises entre -85°C et +XNUMX°C et pour effectuer jusqu'à XNUMX cycles d'insertion et d'extraction. Il convient à une utilisation à l'intérieur avec des panneaux de brassage, donc pour les connexions entre les capteurs IIoT et les boîtes de jonction SPE.
Pour les applications qui nécessitent un câble plus long, Phoenix Contact propose le câble SPE XNUMX de XNUMX m, qui a exactement les mêmes spécifications que le XNUMX.
Conclusion
El paso a la SPE en aplicaciones como la IIoT, la automoción y la compañía, ayuda a los diseñadores a satisfacer la necesidad de soluciones de conectividad de gran velocidad que sean más ligeras, más pequeñas y más simples de utilizar, al paso que se reduce le prix. Cependant, les concepteurs doivent faire preuve de prudence lors du choix des connecteurs et des câbles qu'ils utilisent lors du déploiement de réseaux SPE afin d'assurer une connectivité fiable dans des environnements physiquement difficiles et électriquement bruyants.
Comme indiqué, des modifications de connecteur existent qui permettent aux systèmes d'entreprise classés IP20 de s'interfacer facilement avec les systèmes de contrôle industriels IP67 avec de véritables connecteurs SPE M8, offrant une connectivité et une alimentation transparentes dans les deux environnements. . Avec la capacité supplémentaire de PoDL, la connectivité SPE facilite la fourniture d'alimentation et de données aux points de terminaison IIoT dans les entreprises ainsi que dans les environnements industriels sans avoir besoin de câblage auxiliaire, ce qui rend les déploiements beaucoup plus faciles et plus rapides.
