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Ethernet à paire unique – HARTING T1 Industrial

La connectivité T1 facilite la mise en place de réseaux Ethernet à moindre coût – et elle peut être utilisée des systèmes cloud aux capteurs les plus petits

Une paire unique de fils suffit - Let's twist !

Tw1ster, notre petit géant, assure la transmission de données et l'alimentation électrique avec une paire de fils en des points jusqu'alors inaccessibles, défiant ainsi les systèmes de bus traditionnels.  HARTING s'appuie sur une alliance d'organismes de recherche, de l'industrie et de normalisation pour les réseaux Ethernet à paires uniques. En tant que membre de cette alliance, les organismes de normalisation internationaux ont réalisés un processus de sélection en plusieurs étapes qui s'est soldé par l'adoption de la face d'accouplement SPE du HARTING Technology Group. Ceci permet également aux concepteurs de nouveaux appareils ou de technologies de capteurs ou d'actionneurs de bénéficier d'une assurance pour la planification, leur permettant de démarrer activement l'implémentation du système SPE dans les technologies de leurs différents appareils.

Tw1ster, avec sa transmission Ethernet à paire unique, n'est pas seulement un héros visionnaire, mais a aussi donné son nom à la norme industrielle IEC 63171-6 (auparavant IEC 61076-3-125). Au termes d'un processus de sélection en plusieurs étapes, l'organisme internationale de normalisation, la CEI , a désigné le HARTING T1 Industrial comme la futur face d'accouplement Ethernet standard à paire unique pour les applications industrielles. Nous félicitons notre héros et poursuivront notre travail pour assurer qu'il reste la référence pour cette norme industrielle à l'avenir.

Brillant ! Tw1ster est désormais standardisé en répondant à la norme IEC 63171-6

L'évolution vers des appareils à la fois de plus en plus petits et toujours plus puissant dans le monde de l'informatique est bien connue. Aujourd'hui, cette tendance se retrouve également dans d'autres pans de l'activité économique. Malgré des vitesses de transmission de données plus élevées avec la transmission parallèle d'énergie électrique (alimentation à distance), la taille et le poids des composants doivent être systématiquement réduits. Sur la base des nouvelle normes en matière de transmission conformes à IEEE 802.3, la nouvelle technologie Ethernet SPE vient tout juste d'être intégrée dans les nouvelles générations de véhicules automobiles pour y remplacer les systèmes CAN et d'autres. Dans un avenir proche, les commandes, la communication et les fonctions de sécurité fonctionneront de façon uniforme dans les réseaux Ethernet. Ceci est un prérequis élémentaire à la conduite connectée puis, dans un futur plus éloigné, à la conduite autonome.

La technologie SPE permet désormais la transmission de données par réseau Ethernet avec seulement deux conducteurs tout en permettant simultanément l'alimentation électrique des périphériques en bout de ligne via PoDL – Power over Data Line. Jusqu'à présent, les liaisons Fast Ethernet (100MB) nécessitaient deux paires de conducteurs et les liaisons Gigabit Ethernet quatre paires pour ce faire. Il serait également utile d'utiliser ces avantages dans le domaine de l'automatisation industrielle. SPE permet le raccordement sans barrières d'équipements, de systèmes de capteurs/actionneurs et bien d'autres appareils via une communication IP de bout en bout jusqu'au niveau du terrain. En permettant l'intégration d'interfaces Ethernet dans de simples capteurs simple, des lecteurs/appareils ID ou d'autres équipements similaires, il devient possible de mettre en place des solutions de l'industrie intégrée et de IIdO.

Connecteurs HARTING T1 Industrial et prises d'appareils

Le système SPE présente un avantage décisif comparé aux systèmes de bus ou d'autres interfaces similaires courant/tension, comme on en trouve encore aujourd'hui sur le terrain tous les jours.  Celui-ci confère aux dispositifs de terrain  une intelligence et simplifie le paramétrage, l'initialisation et la programmation. L'installation, l'exploitation et la maintenance des équipements gagnent en efficacité et cela à moindre coût. Les systèmes SPE intégrés dans les machines, les robots ou les technologies ferroviaires contribuent également à réduite le poids et l'espace nécessaire. L'ensemble du câblage est facilité et aussi considérablement plus rapide à installer.

Compatibilité systématique des appareils, des câbles et des connecteurs

La compatibilité systématique des appareils, des câbles et des connecteurs est un préalable à l'utilisation généralisée et, ainsi, à la réussite commerciale de la technologie SPE. Ceci est assuré par la normalisation internationale (ISO/IEC et IEEE 802.3).  Au début de l'année 2018, un processus de sélection a été mis en oeuvre au niveau international par l'ISO/IEC pour le câblage et la sélection d'une face d'accouplement SPE standardisée, auquel plus de 20 organisations d'experts internationaux ont participées. Deux faces de connecteur ont émergé de ce processus de sélection à titre de favoris :

Avec le système SPE et une interface miniaturisée, HARTING ouvre la voie à des solutions nouvelles dans le domaine de l'automatisation
  • Pour la conception du câblage, la face d'accouplement conforme à l'IEC 63171-1 : cette face d'accouplement repose sur la proposition de la société CommScope, connue également sous le nom de variant 1 (type LC) pour les environnements M1I1C1E1
  • La face d'accouplement conforme à la spécification IEC 63171-6 (auparavant IEC 61076-3-125) pour les applications industrielles et les applications connexes à l'industrie : Cette face d'accouplement repose sur une proposition de HARTING, spécialement conçue pour être utilisée dans des conditions ambiantes pouvant aller jusqu'à M3I3C3E3, et connue comme variante 2 (type industriel). Cette conception de connecteur SPE  est capable de gérer à la fois 1Gbp/s pour les distances plus courtes et 10Mbp/s pour les distances plus longues. Le système dispose de faces d'accouplement interconnectables les unes avec les autres.

MICE (mechanical, ingress, climatic, electromagnetic) décrit les conditions ambiantes des installations. Ainsi, il fournit aux concepteurs et aux utilisateurs de précieuses informations concernant les spécifications des équipements techniques et des câblages. Dans ce contexte, les exigences fondamentales en termes de robustesse mécanique (M), d'indice de protection IPxx (I), de résistances chimique et climatique (C) et la sécurité électromagnétique (E) sont décrites. M1I1C1E1  décrit un environnement que l'on peut retrouver dans un immeuble de bureau, alors que M3I3C3E3 décrit les environnements extrêmes (en milieu industriel ou à l'extérieur).

Pour HARTING, la technologie SPE un enjeu technologique et le point de départ de nombreux développements de produits nouveaux

Pour l'utilisateur toutefois, la technologie SPE n'est pas seulement une opportunité mais aussi un défi. La nouvelle technologie est-elle aussi sûre que la solution existante ? La technologie SPE peut-elle également être utilisée dans les processus automatisés avec des lignes d'une longueur de 1000m ? Quelle est la puissance que l'appareil terminal peut supporter ? Quand est-ce que les connecteurs et les câbles SPE seront-ils disponibles et normalisés de façon adaptée ? HARTING prend ces questions très aux sérieux et a décidé d'y répondre dans le cadre d'un partenariat technologique.

Le programme WIPANO ("Knowledge and Technology Transfer through Patents and Standards") est une initiative du Ministère Fédéral Allemand de l'Économie et de l'Énergie et doit contribuer à atteindre cet objectif. HARTING, l'Université de Reutlingen et LEONI coopèrent dans le cadre d'un projet conjoint intitulé NG200 pour trouver des solutions à des problèmes SPE urgents tout en intégrant simultanément leurs résultats dans le processus de normalisation internationale. Récemment, avec la norme IEC 61076-6, un pas important a été fait vers la spécification du câblage en réduisant le poids et l'espace requis d'une face d'accouplement à paire unique compatible avec les exigences industrielles.

Un travail continu a été réalisé dans le cadre de la norme  IEC 61156-xx sur les câbles SPE et dans les normes ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 et l'IEC SC 65/JWG 10 sur les normes de câblage associées ISO/IEC 11801 et IEC 61918 avec la mise en place de lignes directrices et de valeurs limites pour SPE. L'une des prochaines étape, dans le cadre du projet conjoint, se penchera sur la question de savoir où se situent les limites techniques d'un canal de transmission SPE. À partir de 2019, les utilisateurs des systèmes SPE pourront non seulement accéder à des produits, mais aussi à des normes et de lignes directrices validées pour l'installation et le contrôle des composants. Le partenariat technologique de HARTING apporte son soutien aux clients lors de l'implémentation des systèmes SPE fournissant ainsi un réel avantage compétitif. Sur la base de cette face d'accouplement, HARTING prépare une gamme complète de produits pour l'industrie.

Consultez l'article technique consacré au  T1 Industrial® ici.

Ethernet à paire unique - FAQ

Qu'est-ce que l'Ethernet à paire unique ?

L'Ethernet à paire unique (SPE) est une technologie garantissant pour la première fois une utilisation rentable du protocole Ethernet dans tous les aspects de l'automatisation industrielle. Le protocole Ethernet à paire unique emploie une paire de fils pour transmettre les données à des débits pouvant atteindre 1 GBit/s, ce qui le rend idéal pour les applications industrielles en cette ère de l'industrie 4.0 et de l'IIOT. Cet ebook gratuit intitulé « Ethernet à paire unique » fournit des informations détaillées sur le protocole Ethernet à paire unique.

Quels sont les avantages de l'Ethernet à paire unique par rapport à l'Ethernet conventionnel ?

L'Ethernet conventionnel requiert deux ou quatre paires de fils. À titre de comparaison, le SPE ne possède qu'une seule paire. Il aide à réduire les coûts et le poids des câbles et, grâce à sa taille inférieure, permet d'accéder à de nouveaux appareils et au niveau de terrain industriel qui en résulte. Le SPE constitue donc la base de l'IIOT.

Quelles sont les normes liées aux connecteurs Ethernet à paire unique qui ont prévalu ?

En 2018, les comités ISO / IEC JTC 1 / SC 25 / WG 3 et TIA 42 ont organisé un processus de sélection international visant à établir des interfaces SPE normalisées. Deux faces d'accouplement ont émergé comme choix préféré des plus de 20 comités :

  • Pour la conception du câblage (M1I1C1E1), la face de connecteur conforme à la norme IEC 63171-1 : CommScope ;
  • Pour les applications industrielles ou connexes (M2I2C2E2 et M3I3C3E3), la face d'accouplement conforme à la norme IEC 63171-6 (précédemment IEC 61076-3-125) : HARTING T1 Industrial®.

Par conséquent, on observe un consensus mondial significatif sur les interfaces SPE.

La puissance peut-elle aussi être transmise via l'Ethernet à paire unique ?

La transmission de la puissance a également été normalisée pour les nouvelles normes de transmission SPE. PoDL (Power over Data Line) est le terme utilisé pour décrire une alimentation électrique efficace jusqu'à 50 W.

Quel débit de données peut être transmis via l'Ethernet à paire unique ?

La technologie Ethernet basée sur la norme IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 est déjà disponible aujourd'hui, elle offre par ailleurs une vitesse de transmission de 1 Gbit/s sur une seule paire de fils de cuivre. L'IEEE travaille actuellement sur une autre norme visant à assurer des débits encore plus élevés et pouvant atteindre 10 Gbit/s (IEEE 802.3ch), de tels débits sont en effet requis pour les capteurs haute résolution et les transmissions vidéo. De plus, une norme assurant un débit de seulement 10 Mbit/s (IEEE 802.3cg) est actuellement en cours d'élaboration. Cette norme permet d'assurer des distances de transmission allant jusqu'à 1 000 mètres et peut donc remplacer la quasi-totalité des types de bus de terrain.

Quelle est l'origine de la technologie Ethernet à paire unique ?

Le développement du SPE a commencé avec la norme BroadR-Reach développée par Broadcom Corporation. Une fois cette nouvelle méthode de transmission basée sur le protocole TCP/IP identifiée par l'industrie automobile (qui avait besoin d'une solution de remplacement pour le bus CAN), le groupe de travail IEEE 802.3 publia la première norme SPE en tant que norme 100BASE-T1 dans l'alinéa 96 de la norme IEEE 802.3bw-2015. Le SPE est désormais en cours d'adaptation aux exigences de l'industrie.

L'Ethernet à paire unique présente-t-il des avantages pour l'automatisation ?

Avec une infrastructure SPE universellement standardisée, il est possible pour la première fois d'utiliser Ethernet sur le terrain, qu'il s'agisse d'un réseau cloud ou un réseau de capteurs/actionneurs. Cette infrastructure empêche les perturbations dans le traitement des données et crée une base unifiée pour la communication. C'est à elle qu'on doit l'IIOT.

Quelles sont les normes des connecteurs Ethernet à paire unique ?

Les projets de normalisation suivants destinés aux connecteurs SPE sont en cours d'élaboration :

  • IEC 63171 – La norme de base comportant toutes les spécifications et séquences de test nécessaires (CD en cours de préparation)
  • IEC 63171-1 – Les connecteurs SPE de CommScope basés sur le verrouillage de type LC et destinés aux applications en environnement M1I1C1E1 (CDV disponible)
  • IEC 63171-2 – Les connecteurs SPE de Reichle & De-Massari pour les applications en environnement M1I1C1E1 (CD disponible)
  • IEC 63171-3 – Les connecteurs SPE de la société Siemon qui se composent d'une paire de célèbres connecteurs Tera et qui sont destinés aux applications en environnement M1I1C1E1 (NP disponible)
  • IEC 63171-4 – Les connecteurs SPE conçus par BKS et destinés aux applications en environnement M1I1C1E1 (NP disponible)
  • IEC 63171-5 – Les connecteurs SPE de la société Phoenix Contact se composent de la face de connecteur IEC 63171-2 et sont destinés aux applications en environnements M2I2C2E2 et M3I3C3E3 (CD disponible)
  • IEC 63171-6 (anciennement IEC 61076-3-125) - Les connecteurs SPE des sociétés HARTING et TE Connectivity qui sont destinés aux applications en environnements M2I2C2E2 et M3I3C3E3 (CDV disponible, FDIS en cours de préparation et publication finale en 2019)

Quels sont les avantages de l'Ethernet à paire unique dans le domaine de l'automatisation ?

En automatisation, le SPE permet de connecter plusieurs niveaux de champ via Gigabit Ethernet. Les perturbations dans le traitement des données sont désormais de l'histoire ancienne. De plus, avec TSN, chaque capteur dispose d'une capacité en temps réel.

Quels avantages présente le SPE dans les solutions ferroviaires ?

Chaque longueur de 100 mètres de câble SPE pèse environ 1,6 kg de moins qu'un câble Ethernet standard. Grâce à cette réduction de poids, un opérateur ferroviaire peut réduire ses coûts d'exploitation d'environ 14 000 euros.

L'Ethernet à paire unique présente-t-il des avantages dans le domaine de la robotique ?

Comportant une seule paire de fils, les câbles SPE sont beaucoup plus fins, ils sont donc plus souples que les câbles Ethernet standard. Plus le câble est fin, plus il résiste aux cycles successifs de flexion et de torsion. Ces propriétés permettent d'assurer une durée de vie plus longue et de réaliser des économies de coûts. Le SPE est donc le câblage idéal pour les futures applications robotiques.

Le signal de l'Ethernet à paire unique peut-il être transmis au moyen de câbles réseau existants ?

Ce type d'installation est connu sous le nom de « partage de câble », il implique la transmission d'un signal SPE sur un câble Ethernet à quatre paires. C'est théoriquement possible, mais difficile à appliquer. Les longueurs de transmission du SPE 1 Gbit/s sont actuellement limitées à 40 mètres. Pour garantir une transmission sûre, le câble doit être conforme à la norme Catégorie 7, ce qui est rarement le cas. Le SPE devrait être considéré comme un ajout pratique à la norme Ethernet et une solution de remplacement pour les bus de terrain.

Dans quel type d'applications l'Ethernet à paire unique peut-il être utilisé ?

Grâce aux très petites prises d'appareil, le SPE constitue la technologie idéale pour les capteurs de caméra modernes utilisés en milieu industriel. Ce genre d'environnement requiert des débits de données élevés pouvant être transmis par une interface petite et compacte. Notre système HARTING T1 Industrial répond à ces exigences, conformément à la norme IEC 63171-6.

Qu'est ce que le réseau de partenaires industriels du SPE ?

Le réseau de partenaires industriels du SPE constitue le premier point de contact pour les utilisateurs souhaitant configurer des réseaux ou appareils SPE. Toutes les sociétés membres considèrent l'Ethernet à paire unique comme la base d'une croissance rapide et durable de l'Internet industriel des objets (IIOT). Le réseau partenaire gère son propre site Web sur l'Ethernet à paire unique, avec de plus amples informations.