Phoenix Contact A/S

Single Pair Ethernet i industrielle applikationer

IP-beskyttede løsninger giver mange fordele

Der er ingen tvivl om, at SPE (Single Pair Ethernet) er fremtiden inden for industriel kommunikation. Udover den sikkerhed, som en standardiseret løsning tilbyder brugerne, spiller de

SPE vinder kapløbet om at blive fremtidens Ethernet kommunikation: modularitet kombineret med fuld tilslutningskompatibilitet repræsenterer teknologisk fremgang

applikationsspecifikke kundekrav en væsentlig rolle. Som medlem af Single Pair Ethernet System Alliance har Phoenix Contact gjort det til sin mission af bringe disse to faktorer tættere på hinanden.

Alle dominerende trends og innovationer inden for IIoT (Industrial Internet of Things) stræber efter at tilpasse produktfunktioner og krav til løsninger til hinanden på baggrund af digitale transformationer. Hvis man kigger nærmere på SPE fra denne synsvinkel, er disse vigtige egenskaber lette at få øje på: rækkevidde op til 1000 m, høj dataoverførselshastighed via twisted pair, miniaturisering både på komponenten og i fielden og sidst, men ikke mindst, væsentlige besparelser på omkostninger.

Alle disse aspekter giver mange fordele og mere support til omfattende og fremtidssikker brug af SPE. Bagved disse fordele ligger der utallige kunde- og applikationskrav, og den vigtigste egenskab for en komponentproducent ligger i deres evne til at afstemme alle disse aspekter. Hvis de ikke får succes, fordi specifikke kundekrav ikke kan imødekommes, udvikler der sig gradvist en ny stikstandard – og det har ingen et ønske om eller behov for. Derfor arbejder mange store og små virksomheden på en hensigtsmæssig implementering af denne teknologi.

Parallelt med forskellige komiteer og projekter er der opstået et grundlæggende framework for fremtidens industrielle kommunikationsteknologi. Nye kommunikationsstandarder som Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA), Time-Sensitive Networking (TSN) og 5G danner grundlag for integreret netværk fra sensoren, over maskinen og højniveausystemer til cloud’en. De nye standarder vil langt overgå eksisterende protokoller og interfaces hvad angår omkostninger, datahastighed, reaktionstid og deterministiske aspekter. Som teknologisk førende virksomhed med mere end 30 års erfaring inden for industriel kommunikation er Phoenix Contact derfor aktivt involveret i alle de relevante standardiseringsudvalg. Målet: intet mindre end en ny kommunikationsstandard for industriel automation på tværs af producent.

OPC UA anvendes allerede som højnivau kommunikationsstandard i systemer og udvides nu gradvist med standard applikationsprofiler i fielden – for eksempel til I/O-, sikkerheds- eller driverapplikationer. Derudover defineres standard komponenter til ensartet konfiguration og diagnose af netværkets komponenter.

 

Det starter med en sensor…

Til udvendig gevind og hanstik på sensorsiden: hunkontakter i field kabling gør integration i sensorinfrastruktur mere enkel

Det overordnede mål for konsekvent Ethernet kommunikation vil altid være IP-baseret integration af alle komponenter i et kommunikationssystem. Mange af de sensorer, som bruges, er ikke IP-

kompatible, og de skal derfor integreres i kommunikationssystemet med et andet system som IO-Link. Med hensyn til Industrie 4.0 og forebyggende vedligeholdelse tilbyder et konsekvent Ethernet kommunikationssystem væsentlige fordele i forhold til eksisterende stand-alone løsninger.

M8 og M12 stik er en udbredt tilslutningsteknologi i industriel automation. Ethernet systemkodningen, som anvendes til rundstik – med D- og X-kodning til M12 og D-kodning til M8 et bevis for dette. I den sammenhæng er fokus på nem integration i standard sensorhuse sammen med maksimal robusthed. Takket være den væsentlig billigere integration af pinkontakter og eksternt gevind på sensorsiden, giver det mening at udstyre SPE fieldsiden med bøsningskontakter. Ved at fastholde denne tilslutning har sensorproducenter en mulighed for enkel integration i sensoren.

 

Han- og hunstik og fordelene i fielden

M12’s lillebror: fuld IP20 kompatibilitet gør M8 stik egnede til en hurtig serviceindsats

Fastholdelse af sensortilslutningen giver ikke kun en fordel for den enkelte producent – der er også tydelige fordele hvad angår kabling i fielden. I moderne M8 og M12 installationer er der en masse snak om flying leads eller endda field kobling. Derfor er moderne sensor-/aktuatorkabling hovedsagligt designet som han-/hunstik. Den ene ende er udstyret med pinkontakter og den

anden ende med bøsningskontakter. Det betyder også, at den ene ende skal udstyres med et eksternt gevind og den anden ende med et internt gevind. Kabler kan så udvides uden at benytte en hun/hun eller han/han adapter, som det typisk er tilfældet med RJ45. Denne type kablingstopologi giver høj fleksibilitet for brugerne i fielden samt SPE integratorer. Fuld kompatibilitet med SPE stik i kapslingsklasse IP20 sikrer også hurtig indsats i forbindelse med service.

 

Minituarisering – men ikke for enhver pris

M8 varianten af det poplære M12 stik er blevet standard for kompakte tilslutninger: M8 er en tredjedel smallere end M12 og alligevel egnet til industriel anvendelse og nem at håndtere. M8 er allerede vidt udbredt og anvendes med succes indenfor mange områder – særligt til tilslutning af kompakte sensorer i maskiner for at indsamle procesrelateret information eller for at forsyne små komponenter med strøm. Selvom minituarisering også er en megatrend i industriel kabling, skal det fastlægges præcist hvordan og hvor, det kan implementeres effektivt.

Hvor de fleste kabler, der anvendes i industriel automation, er mellem AWG (American Wire Gauge) 22 og 26, forholder det sig noget anderledes i procesautomation. På grund af længere afstande, der skal dækkes, benyttes meget tykkere kabler, som spænder fra AWG 16 til 18. Et kabel i en procesapplikationer kan derfor hurtigt opnå en udvendig diameter på 7,5 til 8,5 mm. I de tilfælde kan kablet nemt matche stikkets udvendige diameter. Der er mange grunde til, at det ikke giver mening at tilslutte miniaturestik til sådan et kabel.

Det gælder ikke kun for beskyttede stik men også for stik i IP20 applikationer. Med de omtalte betingelser i baghovedet giver det heller ingen mening at implementere det mindst mulige footprint på printkortet eller øge porttætheden sammenlignet væsentligt med RJ45. Derfor fokuserer produktlanceringen i første omgang på forkonfektionerede kabler i AWG 22 området. IP20 varianter samt IP65/IP67 varianter fås til integration af komponenter. Den konstante udvikling af produktprogrammet sikrer anvendelse i alle applikationsområder. Målet for Single Pair Ethernet System Alliance er at kombinere kontinuitet med praktisk implementering.

 

Overblik

Phoenix Contact fortsætter med at arbejde hårdt på SPE med målet at gøre denne nye teknologi stærk og egnet til så mange applikationer som muligt. Fordelene – især den reducerede kabelvægt, minituarisering og simplificering af tilslutningsteknologien – kan kun komme i spil med kontinuitet i den overordnede infrastruktur. Denne innovation vil have inflydelse på netværksstrukturer i alle typer applikationer fra bygningsautomation over fabriksautomation til procesautomation. Derfor vil beslutninger, der træffes i dag, være afgørende for hvor Ethernet vil være i fremtiden.

 

Læs mere om Single Pair Ethernet